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JP2011135561A - Sensor device, method of driving sensor element, display device with input function, electronic unit and radiation image pickup device - Google Patents

Sensor device, method of driving sensor element, display device with input function, electronic unit and radiation image pickup device Download PDF

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JP2011135561A JP2010225548A JP2010225548A JP2011135561A JP 2011135561 A JP2011135561 A JP 2011135561A JP 2010225548 A JP2010225548 A JP 2010225548A JP 2010225548 A JP2010225548 A JP 2010225548A JP 2011135561 A JP2011135561 A JP 2011135561A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a stable detecting operation by surely resetting stored electric charge stored in a charge storage section so as to reduce afterimages even if a photoelectric conversion element is brought into a saturated state, for example. <P>SOLUTION: A photoelectric conversion element PD1 generates electric charge according to the quantity of received light. Electric charge generated by the photoelectric conversion element PD1 is stored in a charge storage section (storage capacitor C0). The stored electric charge stored in the storage capacitor C0 is reset by supplying a predetermined reset voltage Vrst to the storage capacitor C0. At such a time, the predetermined reset voltage Vrst is supplied to the storage capacitor continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scan period. Thus, even if the photoelectric conversion element PD1 is brought into a saturated state, for example, the stored electric charge stored in the storage capacitor C0 can be surely reset so as to reduce afterimages. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、物体の撮像や近接物体の位置検出を行うためのセンサ装置、そのようなセンサ装置に適用されるセンサ素子の駆動方法、センサ機能(入力機能)と表示機能とを有する入力機能付き表示装置、ならびに、そのような表示装置を備えた電子機器に関する。また、α線,β線,γ線,X線に代表される放射線を波長変換して、放射線に基づく情報を読み取る放射線撮像装置に関する。   The present invention provides a sensor device for imaging an object and detecting the position of a nearby object, a driving method of a sensor element applied to such a sensor device, an input function having a sensor function (input function) and a display function The present invention relates to a display device and an electronic device including such a display device. The present invention also relates to a radiation imaging apparatus that converts the wavelength of radiation represented by α rays, β rays, γ rays, and X rays and reads information based on the radiation.

従来より、光電変換素子がマトリクス状に配置されたセンサパネルを有する光学式のセンサ装置が知られている(特許文献1,2参照)。また、表示パネル内に表示画素と共に光電変換素子をマトリクス状に配置することで、表示パネルそのものに光学式のセンサ機能を持たせた表示装置が開発されている(特許文献3,4参照)。   Conventionally, an optical sensor device having a sensor panel in which photoelectric conversion elements are arranged in a matrix is known (see Patent Documents 1 and 2). In addition, a display device has been developed in which photoelectric conversion elements are arranged in a matrix together with display pixels in a display panel so that the display panel itself has an optical sensor function (see Patent Documents 3 and 4).

特開平9−92807号公報JP-A-9-92807 特開2001−345440号公報JP 2001-345440 A 特開2006−276223号公報JP 2006-276223 A 特開2008−233257号公報JP 2008-233257 A

上記のようなセンサ装置または表示装置では、受光量に応じて発生した光電変換素子からの電荷を蓄積容量に蓄積し、その蓄積容量の蓄積電荷に応じた電圧値を読み出してセンサ検出信号として出力する。パネル表面に近接した物体の位置、距離、および大きさ等に応じて光電変換素子に入射する光量が変化し、センサ検出信号も変化するので、マトリクス状に配置された複数の受光素子からの各センサ検出信号を適切に信号処理することで、パネル上に近接した物体の位置等を検出することができる。このような装置では、光電変換素子による所定の受光(露光)期間後に、読み出し動作をし、その後、蓄積容量に所定のリセット電圧を与えることにより蓄積容量に蓄積された蓄積電荷をリセットする。その後、再び受光、読み出しをするといったセンサ動作を繰り返す。   In the sensor device or display device as described above, the charge from the photoelectric conversion element generated according to the amount of received light is stored in the storage capacitor, and the voltage value corresponding to the stored charge in the storage capacitor is read and output as a sensor detection signal. To do. The amount of light incident on the photoelectric conversion element changes according to the position, distance, size, etc. of the object close to the panel surface, and the sensor detection signal also changes, so each of the light receiving elements from the plurality of light receiving elements arranged in a matrix is changed. By appropriately processing the sensor detection signal, the position of an object close to the panel can be detected. In such an apparatus, after a predetermined light receiving (exposure) period by the photoelectric conversion element, a reading operation is performed, and thereafter, a predetermined reset voltage is applied to the storage capacitor to reset the stored charge stored in the storage capacitor. Thereafter, the sensor operation of receiving light and reading again is repeated.

このようなセンサ動作において、リセット動作をしたにも関わらず、リセット前の蓄積容量の状態が残ってしまう場合がある。リセット前の蓄積容量の状態が残ってしまうと、次の読み出し動作時において、いわゆる残像が発生してしまい、良好な検出結果が得られなくなってしまう。従来、例えば上記特許文献2には、リセット用トランジスタを用いて残像を低減する発明が開示されている。しかしながら、従来ではゲート電極を有するPIN型のフォトダイオードを光電変換素子として用いた場合に生ずる残像の問題については対策が不十分である。PIN型のフォトダイオードの場合、i層が蓄積状態(飽和状態)、空乏状態、もしくは反転状態のいずれかの状態になる。特にi層が蓄積状態となった後に短期間、リセット電圧を与えても、蓄積容量に蓄積された蓄積電荷を十分にリセットすることができない問題があり、その対策が必要とされている。   In such a sensor operation, the state of the storage capacitor before the reset may remain despite the reset operation. If the state of the storage capacitor before the reset remains, a so-called afterimage occurs during the next read operation, and a good detection result cannot be obtained. Conventionally, for example, Patent Document 2 described above discloses an invention for reducing an afterimage using a reset transistor. However, in the past, countermeasures are insufficient for the afterimage problem that occurs when a PIN photodiode having a gate electrode is used as a photoelectric conversion element. In the case of a PIN type photodiode, the i layer is in an accumulation state (saturated state), a depletion state, or an inversion state. In particular, there is a problem that even if a reset voltage is applied for a short period after the i-layer is in an accumulated state, the accumulated charge accumulated in the accumulation capacitor cannot be sufficiently reset, and a countermeasure is required.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、例えば光電変換素子が蓄積状態(飽和状態)となった場合であっても、残像が低減するように電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットして、安定した検出動作を行うことができるようにしたセンサ装置、センサ素子の駆動方法、入力機能付き表示装置および電子機器、ならびに放射線撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is, for example, to be accumulated in the charge accumulation unit so as to reduce the afterimage even when the photoelectric conversion element is in an accumulation state (saturated state). It is to provide a sensor device, a sensor element driving method, a display device with an input function and an electronic device, and a radiation imaging device that can reliably reset accumulated charges and perform a stable detection operation. .

本発明によるセンサ装置は、2次元的に配列された複数のセンサ素子と、センサ素子を駆動するセンサ駆動手段とを備え、センサ素子が、受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、光電変換素子の一端に接続され、光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段とを有するものである。そして、センサ駆動手段が、所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に電荷蓄積部に与えられるようにリセット用トランジスタを駆動制御するようにしたものである。   The sensor device according to the present invention includes a plurality of sensor elements arranged two-dimensionally and a sensor driving unit that drives the sensor elements, and the sensor element generates a charge corresponding to the amount of light received; A charge storage unit connected to one end of the photoelectric conversion element for storing the charge converted by the photoelectric conversion element, and a readout for reading out a voltage value or stored charge corresponding to the stored charge in the charge storage unit and outputting it as a sensor detection signal And a reset means for resetting the accumulated charge accumulated in the charge accumulation section by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation section. The sensor driving means drives and controls the reset transistor so that a predetermined reset voltage is continuously or intermittently applied to the charge storage unit over a period exceeding one horizontal scanning period.

本発明によるセンサ素子の駆動方法は、受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、光電変換素子の一端に接続され、光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段とを有して2次元的に配列された複数のセンサ素子を駆動する際に、所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に電荷蓄積部に与えられるようにリセット手段を制御するようにしたものである。   The sensor element driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion element that generates a charge according to the amount of received light, a charge storage unit that is connected to one end of the photoelectric conversion element and stores the charge converted by the photoelectric conversion element, Reading means for reading out the voltage value or accumulated charge corresponding to the accumulated charge in the charge accumulation unit and outputting it as a sensor detection signal, and resetting the accumulated charge accumulated in the charge accumulation unit by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit A predetermined reset voltage is continuously or intermittently applied to the charge storage unit over a period exceeding one horizontal scanning period. The reset means is controlled as described above.

本発明による入力機能付き表示装置は、複数の表示画素と複数のセンサ素子とが2次元的に配列された表示パネルと、複数の表示画素を駆動する表示駆動手段と、複数のセンサ素子を駆動するセンサ駆動手段とを備えたものである。そして、複数のセンサ素子のそれぞれに対して、上記本発明によるセンサ装置のセンサ駆動手段と同様の制御を行うようにしたものである。
本発明による電子機器は、本発明による入力機能付き表示装置を備えたものである。
A display device with an input function according to the present invention is a display panel in which a plurality of display pixels and a plurality of sensor elements are two-dimensionally arranged, display driving means for driving the plurality of display pixels, and driving the plurality of sensor elements. Sensor driving means. Then, the same control as the sensor driving means of the sensor device according to the present invention is performed for each of the plurality of sensor elements.
An electronic apparatus according to the present invention includes the display device with an input function according to the present invention.

本発明による放射線撮像装置は、複数のセンサ素子が2次元的に配列され、入射した放射線または放射線を波長変換した後の光に応じて電荷を発生する画素部を備えたものである。そして、複数のセンサ素子のそれぞれに対して、上記本発明によるセンサ装置のセンサ駆動手段と同様の制御を行うようにしたものである。   A radiation imaging apparatus according to the present invention includes a pixel unit in which a plurality of sensor elements are two-dimensionally arranged and generates charges according to incident radiation or light after wavelength conversion of radiation. Then, the same control as the sensor driving means of the sensor device according to the present invention is performed for each of the plurality of sensor elements.

本発明によるセンサ装置、センサ素子の駆動方法、入力機能付き表示装置、電子機器または放射線撮像装置では、センサ素子において、受光量に応じた電荷が光電変換素子で発生する。そして、光電変換素子によって変換された電荷が電荷蓄積部に蓄積され、電荷蓄積部の蓄積電荷または蓄積電荷に応じた電圧値がセンサ検出信号として出力される。電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷は、電荷蓄積部に所定のリセット電圧が与えられることによりリセットされる。このとき、所定のリセット電圧を1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に蓄積容量に与えることにより、例えば光電変換素子が飽和状態となった場合であっても、残像が低減されるように電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットすることができる。   In the sensor device, the sensor element driving method, the display device with an input function, the electronic apparatus, or the radiation imaging apparatus according to the present invention, a charge corresponding to the amount of received light is generated in the photoelectric conversion element in the sensor element. Then, the charge converted by the photoelectric conversion element is accumulated in the charge accumulation unit, and the accumulated charge in the charge accumulation unit or a voltage value corresponding to the accumulated charge is output as a sensor detection signal. The accumulated charge accumulated in the charge accumulation unit is reset by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit. At this time, by applying a predetermined reset voltage to the storage capacitor continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scanning period, for example, even when the photoelectric conversion element is saturated, the afterimage is reduced. Thus, the accumulated charge accumulated in the charge accumulation unit can be surely reset.

本発明のセンサ装置、センサ素子の駆動方法、入力機能付き表示装置、電子機器または放射線撮像装置によれば、所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に電荷蓄積部に与えられるようにしたので、例えば光電変換素子が飽和状態となった場合であっても、残像が低減するように電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットして、安定した検出動作(撮像動作)を行うことができる。   According to the sensor device, the sensor element driving method, the display device with an input function, the electronic apparatus, or the radiation imaging apparatus of the present invention, the predetermined reset voltage is accumulated continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scanning period. For example, even when the photoelectric conversion element is saturated, the accumulated charge accumulated in the charge accumulation unit is surely reset so that the afterimage is reduced, so that stable detection is possible. Operation (imaging operation) can be performed.

本発明の第1の実施の形態に係る入力機能付き表示装置の構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of a structure of the display apparatus with an input function which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示したI/Oディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of an I / O display panel illustrated in FIG. 1. 図2に示した表示エリア(センサエリア)内の画素配置例を表す平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating a pixel arrangement example in a display area (sensor area) illustrated in FIG. 2. 図3に示した画素配置におけるセンサ素子(撮像画素)と信号線との接続関係の一例を表す平面模式図である。FIG. 4 is a schematic plan view illustrating an example of a connection relationship between a sensor element (imaging pixel) and a signal line in the pixel arrangement illustrated in FIG. 3. 図1に示した表示装置におけるセンサ素子の構成例を表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a sensor element in the display device illustrated in FIG. 1. 図5に示したセンサ素子における主要部分の構造を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the principal part in the sensor element shown in FIG. (A)は光電変換素子が蓄積状態(飽和状態)にある場合を示す説明図であり、(B)は光電変換素子が空乏状態にある場合を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the case where a photoelectric conversion element exists in an accumulation | storage state (saturation state), (B) is explanatory drawing which shows the case where a photoelectric conversion element exists in a depletion state. 図5に示したセンサ素子における容量カップリングについて説明するための回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram for explaining capacitive coupling in the sensor element shown in FIG. 5. 図5に示したセンサ素子における残像特性を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing an afterimage characteristic in the sensor element shown in FIG. 5. 図1に示した表示装置におけるセンサ動作(撮像動作)の一例を表すタイミング波形図である。FIG. 2 is a timing waveform diagram illustrating an example of a sensor operation (imaging operation) in the display device illustrated in FIG. 1. (A)はリセット制御信号の比較例を示す波形図であり、(B)はリセット制御信号の第1の例を示す波形図であり、(C)はリセット制御信号の第2の例を示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing a comparative example of the reset control signal, (B) is a waveform diagram showing a first example of the reset control signal, and (C) shows a second example of the reset control signal. It is a waveform diagram. (A)は図1に示した表示装置において、強い外光がある場合にセンサエリアに近接物体がある状態を示し、(B)はその状態におけるセンサ出力電圧の例を示す説明図である。1A shows a state where there is a close object in the sensor area when there is strong external light in the display device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is an explanatory diagram showing an example of the sensor output voltage in that state. (A)は図1に示した表示装置において、外光が弱い場合にセンサエリアに近接物体がある状態を示し、(B)はその状態におけるセンサ出力電圧の例を示す説明図である。1A shows a state where there is a proximity object in the sensor area when the external light is weak in the display device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is an explanatory diagram showing an example of the sensor output voltage in that state. 差分画像を用いた近接物体の検出方法について説明するための写真図である。It is a photograph figure for demonstrating the detection method of the proximity | contact object using a difference image. (A)は図1に示した表示装置において近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第1の実行例を示し、(B)は第2の実行例を示す説明図である。(A) shows the 1st execution example of the application program using the result of the proximity object detection process in the display apparatus shown in FIG. 1, (B) is explanatory drawing which shows a 2nd execution example. 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第3の実行例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 3rd execution example of the application program using the result of the detection process of a proximity | contact object. 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第4の実行例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 4th execution example of the application program using the result of the detection process of a proximity | contact object. 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第5の実行例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 5th execution example of the application program using the result of the detection process of a proximity | contact object. 図1に示した表示装置の第1の適用例の外観を表す斜視図である。It is a perspective view showing the external appearance of the 1st application example of the display apparatus shown in FIG. (A)は第2の適用例の表側から見た外観を表す斜視図であり、(B)は裏側から見た外観を表す斜視図である。(A) is a perspective view showing the external appearance seen from the front side of the 2nd application example, (B) is a perspective view showing the external appearance seen from the back side. 第3の適用例の外観を表す斜視図である。It is a perspective view showing the external appearance of the 3rd application example. 第4の適用例の外観を表す斜視図である。It is a perspective view showing the external appearance of the 4th application example. (A)は第5の適用例の開いた状態の正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態の正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。(A) is a front view of the fifth application example in an open state, (B) is a side view thereof, (C) is a front view in a closed state, (D) is a left side view, and (E) is a right side view. (F) is a top view and (G) is a bottom view. 本発明の第2の実施の形態に係る光電変換装置の一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the photoelectric conversion apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 光電変換装置と波長変換体の組合せからなる放射線撮像装置を表す構成図である。It is a block diagram showing the radiation imaging device which consists of a combination of a photoelectric conversion apparatus and a wavelength converter. 図24に示した光電変換装置に適用されるアクティブ型の画素回路の第1の構成例を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram illustrating a first configuration example of an active pixel circuit applied to the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 24. 図24に示した光電変換装置に適用されるアクティブ型の画素回路の第2の構成例を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram illustrating a second configuration example of an active pixel circuit applied to the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 24. 図24に示した光電変換装置に適用されるパッシブ型の画素回路の第1の構成例を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram illustrating a first configuration example of a passive pixel circuit applied to the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 24. 図24に示した光電変換装置に適用されるパッシブ型の画素回路の第2の構成例を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram illustrating a second configuration example of a passive pixel circuit applied to the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 24. 図24に示した光電変換装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the photoelectric conversion apparatus shown in FIG. 図26および図27に示したアクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の例を示す説明図である。FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating a first example of operation timing applied to the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27; 図28および図29に示したパッシブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の例を示す説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram illustrating a first example of operation timing applied to the passive pixel circuit illustrated in FIGS. 28 and 29. 図31に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートである。FIG. 32 is a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. 31. FIG. 図32に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートである。It is a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. 図26および図27に示したアクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第2の例を示す説明図である。FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating a second example of operation timing applied to the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27; 図35に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートである。36 is a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. 図26および図27に示したアクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第3の例を示す説明図である。FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating a third example of operation timing applied to the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27; 図28および図29に示したパッシブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第2の例を示す説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram illustrating a second example of operation timing applied to the passive pixel circuit illustrated in FIGS. 28 and 29. アクティブ型の画素回路に適用される比較例の動作タイミングの第1の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st example of the operation timing of the comparative example applied to an active pixel circuit. アクティブ型の画素回路に適用される比較例の動作タイミングの第2の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd example of the operation timing of the comparative example applied to an active pixel circuit. パッシブ型の画素回路に適用される比較例の動作タイミングの第1の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st example of the operation timing of the comparative example applied to a passive type pixel circuit. アクティブ型の画素回路の特性検証用の動作タイミングを示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating operation timing for verifying characteristics of an active pixel circuit. パッシブ型の画素回路の特性検証用の動作タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation timing for the characteristic verification of a passive type pixel circuit. (A)は特性検証用の光照射のタイミングを示すタイミングチャートであり、(B)は特性検証用のリセット制御信号の印加タイミングを示すタイミングチャートである。(A) is a timing chart showing the timing of light irradiation for characteristic verification, and (B) is a timing chart showing the application timing of the reset control signal for characteristic verification. アクティブ型の画素回路の出力電圧を直接的に測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of directly measuring the output voltage of the active pixel circuit. 図27に示したアクティブ型の画素回路の第2の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプを通した後に測定した結果を示す特性図である。FIG. 28 is a characteristic diagram illustrating a result obtained by measuring an output voltage of a pixel circuit alone after passing through an amplifier in the second configuration example of the active pixel circuit illustrated in FIG. 27. 図26に示したアクティブ型の画素回路の第1の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプを通した後に測定した結果を示す特性図である。FIG. 27 is a characteristic diagram illustrating a result obtained by measuring an output voltage of a pixel circuit alone after passing through an amplifier in the first configuration example of the active pixel circuit illustrated in FIG. 26; (A)はアクティブ型の画素回路の第2の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプを通さずに直接的に検証した結果を示す特性図であり、(B)はアクティブ型の画素回路の第1の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプを通さずに直接的に検証した結果を示す特性図である。(A) is a characteristic diagram showing a result of directly verifying an output voltage of a single pixel circuit without passing through an amplifier in a second configuration example of an active pixel circuit, and (B) is an active pixel. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a result of directly verifying an output voltage of a pixel circuit alone in a first configuration example of a circuit without passing through an amplifier. アクティブ型の画素回路の特性検証用の動作タイミングを示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating operation timing for verifying characteristics of an active pixel circuit. アクティブ型の画素回路においてリセット電圧を印加するタイミングを変化させた場合の出力電圧を測定した結果を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a result of measuring an output voltage when changing a timing of applying a reset voltage in an active pixel circuit. (A)はアクティブ型の画素回路において1フレーム期間内で間欠的にリセット電圧を印加した場合の出力電圧を測定した結果を示す特性図であり、(B)はアクティブ型の画素回路において1フレーム期間内で連続的にリセット電圧を印加した場合の出力電圧を測定した結果を示す特性図である。(A) is a characteristic diagram showing the result of measuring the output voltage when the reset voltage is intermittently applied within one frame period in the active pixel circuit, and (B) is one frame in the active pixel circuit. It is a characteristic view which shows the result of having measured the output voltage at the time of applying a reset voltage continuously within a period.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という)について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
[入力機能付き表示装置の全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る入力機能付き表示装置(表示撮像装置)の全体構成の一例を表すものである。この表示装置は、I/Oディスプレイパネル20と、バックライト15と、表示ドライブ回路12と、受光ドライブ回路13と、画像処理部14と、アプリケーションプログラム実行部11とを備えている。
<First Embodiment>
[Overall configuration of display device with input function]
FIG. 1 shows an example of the entire configuration of a display device with an input function (display imaging device) according to a first embodiment of the present invention. The display device includes an I / O display panel 20, a backlight 15, a display drive circuit 12, a light receiving drive circuit 13, an image processing unit 14, and an application program execution unit 11.

I/Oディスプレイパネル20は、例えば液晶パネル(LCD(Liquid Crystal Display))からなる。I/Oディスプレイパネル20は、後述する図3に示すように複数の表示画素31RGBが行列状にマトリクス配置され、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する表示パネルとしての機能(表示機能)を有している。I/Oディスプレイパネル20にはまた、後述する図3に示すように複数のセンサ素子33が撮像画素として行列状にマトリクス配置され、パネル表面に接触または近接する物体(近接物体)を検出、撮像するセンサパネルとしての機能(検出機能、撮像機能)を有している。   The I / O display panel 20 is composed of, for example, a liquid crystal panel (LCD (Liquid Crystal Display)). As shown in FIG. 3 to be described later, the I / O display panel 20 includes a plurality of display pixels 31RGB arranged in a matrix and displays an image such as a predetermined figure or character based on display data while performing a line sequential operation. It has a function as a display panel (display function). The I / O display panel 20 also has a plurality of sensor elements 33 arranged in a matrix as imaging pixels as shown in FIG. 3 to be described later, and detects and images an object in contact with or close to the panel surface (proximity object). Functions as a sensor panel (detection function, imaging function).

バックライト15は、I/Oディスプレイパネル20の表示および検出用の光源であり、例えば複数の発光ダイオードが配置されたものである。バックライト15は、表示ドライブ回路12によって駆動制御され、後述するようにI/Oディスプレイパネル20の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ(点灯・消灯)動作が可能となっている。バックライト15は、I/Oディスプレイパネル20の背面側からパネル表面に向けて周期的に照明光Lonを照射するようになっている。   The backlight 15 is a light source for display and detection of the I / O display panel 20, and includes a plurality of light emitting diodes, for example. The backlight 15 is driven and controlled by the display drive circuit 12, and can be turned on / off (lit / extinguished) at high speed at a predetermined timing synchronized with the operation timing of the I / O display panel 20 as will be described later. ing. The backlight 15 periodically irradiates illumination light Lon from the back side of the I / O display panel 20 toward the panel surface.

表示ドライブ回路12は、I/Oディスプレイパネル20において表示データに基づく画像が表示されるように(表示動作を行うように)、このI/Oディスプレイパネル20の表示画素31RGBの駆動を行う(線順次表示動作の駆動を行う)回路である。表示ドライブ回路12はまた、バックライト15のオン・オフ(点灯・消灯)制御を行うようになっている。   The display drive circuit 12 drives the display pixels 31RGB of the I / O display panel 20 so that an image based on the display data is displayed on the I / O display panel 20 (to perform a display operation) (line A circuit that sequentially drives a display operation). The display drive circuit 12 also performs on / off (lighting / extinguishing) control of the backlight 15.

受光ドライブ回路13は、I/Oディスプレイパネル20の各センサ素子(撮像画素)33からセンサ検出信号(撮像信号)が得られるように(物体を検出、撮像するように)、このI/Oディスプレイパネル20の駆動を行う(線順次撮像動作の駆動を行う)回路である。なお、各センサ素子33からのセンサ検出信号(撮像信号)は、例えばフレーム単位でフレームメモリ13Aに蓄積され、検出画像(撮像画像)として画像処理部14へ出力されるようになっている。   The light receiving drive circuit 13 is connected to the I / O display so that a sensor detection signal (imaging signal) can be obtained from each sensor element (imaging pixel) 33 of the I / O display panel 20 (so as to detect and image an object). A circuit that drives the panel 20 (drives a line-sequential imaging operation). The sensor detection signals (imaging signals) from the sensor elements 33 are accumulated in the frame memory 13A, for example, in units of frames, and are output to the image processing unit 14 as detection images (captured images).

画像処理部14は、受光ドライブ回路13から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理(演算処理)を行うものである。画像処理部14は、画像処理を行った結果として、例えばI/Oディスプレイパネル20に近接等する物体に関する物体情報(位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど)を検出し、取得するようになっている。   The image processing unit 14 performs predetermined image processing (arithmetic processing) based on the captured image output from the light receiving drive circuit 13. The image processing unit 14 detects and acquires object information (position coordinate data, data on the shape and size of the object, etc.) related to an object that is close to the I / O display panel 20, for example, as a result of the image processing. It is like that.

アプリケーションプログラム実行部11は、画像処理部14による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものである。この処理としては例えば、検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、I/Oディスプレイパネル20上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部11で生成される表示データは、表示ドライブ回路12へ供給されるようになっている。   The application program execution unit 11 executes processing corresponding to predetermined application software based on the detection result by the image processing unit 14. As this process, for example, the position coordinates of the detected object are included in the display data and displayed on the I / O display panel 20. The display data generated by the application program execution unit 11 is supplied to the display drive circuit 12.

[I/Oディスプレイパネル20の構成例]
図2は、I/Oディスプレイパネル20の構成例を示している。I/Oディスプレイパネル20は、表示エリア(センサエリア)21と、表示用Hドライバ22と、表示用Vドライバ23と、センサ読み出し用Hドライバ25と、センサ用Vドライバ24とを有している。
[Configuration Example of I / O Display Panel 20]
FIG. 2 shows a configuration example of the I / O display panel 20. The I / O display panel 20 includes a display area (sensor area) 21, a display H driver 22, a display V driver 23, a sensor readout H driver 25, and a sensor V driver 24. .

図1および図2において、受光ドライブ回路13、センサ用Vドライバ24およびセンサ読み出し用Hドライバ25は、本発明における「センサ駆動手段」の一具体例に対応している。表示ドライブ回路12、表示用Hドライバ22および表示用Vドライバ23は、「表示駆動手段」の一具体例に対応している。I/Oディスプレイパネル20は、「表示パネル」および「センサパネル」の一具体例に対応している。受光ドライブ回路13および画像処理部14は、「信号処理手段」の一具体例に対応している。   1 and 2, the light receiving drive circuit 13, the sensor V driver 24, and the sensor readout H driver 25 correspond to a specific example of "sensor driving means" in the present invention. The display drive circuit 12, the display H driver 22, and the display V driver 23 correspond to a specific example of “display drive unit”. The I / O display panel 20 corresponds to a specific example of “display panel” and “sensor panel”. The light receiving drive circuit 13 and the image processing unit 14 correspond to a specific example of “signal processing means”.

表示エリア(センサエリア)21は、バックライト15からの光を変調して照射光(表示光と、例えば赤外光源等(図示せず)による検出用の照射光とを含むもの。以下同様。)を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を検出(撮像)する領域である。表示エリア(センサエリア)21には、表示画素31RGB(例えば液晶素子)と、後述するセンサ素子33とが、それぞれマトリクス状に配置されている。   The display area (sensor area) 21 modulates light from the backlight 15 and includes irradiation light (display light and irradiation light for detection by an infrared light source or the like (not shown), for example). ) And an object in contact with or close to this area is detected (imaged). In the display area (sensor area) 21, display pixels 31RGB (for example, liquid crystal elements) and sensor elements 33 (to be described later) are arranged in a matrix.

表示用Hドライバ22は、表示ドライブ回路12から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Vドライバ23と共に表示エリア21内の表示画素31RGBを線順次駆動するものである。   The display H driver 22 line-sequentially drives the display pixels 31RGB in the display area 21 together with the display V driver 23 based on the display drive display signal and the control clock supplied from the display drive circuit 12. .

センサ読み出し用Hドライバ25は、受光ドライブ回路13による駆動制御に従って、センサ用Vドライバ24と共にセンサエリア21内の撮像画素としてのセンサ素子33を線順次駆動し、検出信号(撮像信号)を取得するものである。受光ドライブ回路13は、近接物体に対してバックライト15からの照射光が照射されているときに、照射光による反射光と環境光(外光)との合算光量に応じてセンサ素子33に充電電荷が蓄積されるような駆動制御を行うようになっている。また、バックライト15からの照射光が照射されていないときに、環境光の光量に応じてセンサ素子33に充電電荷が蓄積されるような駆動制御を行うようになっている。センサ読み出し用Hドライバ25は、これらの駆動制御によりセンサ素子33から取得された、バックライト15がオン時とオフ時とにおける各センサ検出信号(撮像信号)を受光ドライブ回路13に出力するようになっている。   The sensor readout H driver 25 drives the sensor elements 33 as imaging pixels in the sensor area 21 together with the sensor V driver 24 in accordance with the drive control by the light receiving drive circuit 13 to acquire a detection signal (imaging signal). Is. The light receiving drive circuit 13 charges the sensor element 33 according to the total light amount of the reflected light from the irradiated light and the ambient light (external light) when the adjacent object is irradiated with the irradiated light from the backlight 15. Drive control is performed so that electric charges are accumulated. Further, when the irradiation light from the backlight 15 is not irradiated, drive control is performed such that the charge charge is accumulated in the sensor element 33 in accordance with the amount of ambient light. The sensor reading H driver 25 outputs each sensor detection signal (imaging signal) when the backlight 15 is on and off, acquired from the sensor element 33 by these drive controls, to the light receiving drive circuit 13. It has become.

図3は、表示エリア(センサエリア)21における各画素の詳細構成例を示している。例えば図3に示したように、表示エリア21の画素31は、表示画素31RGBと、撮像画素としてのセンサ素子33と、センサ素子33用の配線が形成された配線部32とから構成されている。表示画素31RGBは、赤(R)用の表示画素31Rと、緑(G)用の表示画素31Gと、青(B)用の表示画素31Bとから構成されている。これら表示画素31RGB、センサ素子33および配線部32はそれぞれ、表示エリア(センサエリア)21上でマトリクス状に並んで配置されている。また、センサ素子33と、このセンサ素子33を駆動するための配線部32とが、一定周期で互いに分離配置されている。このような配置により、センサ素子33および配線部32からなるセンサリアを表示画素31RGBに対して極めて認識しづらくなると共に、表示画素31RGBにおける開口率低減が最小限に抑えられるようになっている。また、配線部32を、表示画素31RGBの開口に寄与しない領域(例えば、ブラックマトリクスで遮光された領域や反射領域など)に配置するようにすれば、表示品位を落とすことなく受光回路を配置することが可能となる。なお、各センサ素子33には、例えば図4に示したように、リセット制御信号線Reset_1〜Reset_nおよびリード制御信号線Read_1〜Read_nが、水平ライン方向に沿って接続されるようになっている。   FIG. 3 shows a detailed configuration example of each pixel in the display area (sensor area) 21. For example, as illustrated in FIG. 3, the pixel 31 in the display area 21 includes a display pixel 31 RGB, a sensor element 33 as an imaging pixel, and a wiring portion 32 in which wiring for the sensor element 33 is formed. . The display pixel 31RGB is composed of a display pixel 31R for red (R), a display pixel 31G for green (G), and a display pixel 31B for blue (B). The display pixels 31RGB, the sensor element 33, and the wiring part 32 are arranged in a matrix on the display area (sensor area) 21, respectively. Further, the sensor element 33 and the wiring part 32 for driving the sensor element 33 are arranged separately from each other at a constant period. Such an arrangement makes it very difficult to recognize the sensor rear composed of the sensor element 33 and the wiring portion 32 with respect to the display pixel 31RGB, and reduces the aperture ratio reduction in the display pixel 31RGB to a minimum. Further, if the wiring portion 32 is arranged in a region that does not contribute to the opening of the display pixel 31RGB (for example, a region shielded by the black matrix or a reflective region), the light receiving circuit is arranged without degrading the display quality. It becomes possible. For example, as illustrated in FIG. 4, reset control signal lines Reset_1 to Reset_n and read control signal lines Read_1 to Read_n are connected to each sensor element 33 along the horizontal line direction.

[センサ素子33の構成例]
センサ素子33は、例えば図5に示したように、光電変換素子PD1と、リセット用トランジスタTr1と、蓄積ノードP1と、増幅用トランジスタTr2と、選択・読み出し用トランジスタTr3と、蓄積容量C0(電荷蓄積部)とを有している。
[Configuration Example of Sensor Element 33]
For example, as shown in FIG. 5, the sensor element 33 includes a photoelectric conversion element PD1, a reset transistor Tr1, a storage node P1, an amplification transistor Tr2, a selection / reading transistor Tr3, and a storage capacitor C0 (charge). Storage section).

光電変換素子PD1は、入射光量に応じた電荷を発生させるものであり、例えばPIN型のフォトダイオードにより構成されている。PIN型のフォトダイオードは、後述の図6に示すように、p型半導体領域54Aと、n型半導体領域54Bと、p型半導体領域54Aとn型半導体領域54Bとの間に形成された真性半導体領域(i領域)54Cとを有するものである。光電変換素子PD1はまた、後述の図6に示すように、アノード電極55、カソード電極56およびゲート電極52を有し、p型半導体領域54Aにアノード電極55が接続され、n型半導体領域54Bにカソード電極56が接続されている。光電変換素子PD1のカソード電極56は、電源電圧VDDを供給する電源線に接続されている。光電変換素子PD1の一端(アノード電極55)は、リセット用トランジスタTr1の一端(ドレイン端子)に接続されている。   The photoelectric conversion element PD1 generates an electric charge according to the amount of incident light, and is composed of, for example, a PIN type photodiode. As shown in FIG. 6 to be described later, the PIN photodiode is an intrinsic semiconductor formed between a p-type semiconductor region 54A, an n-type semiconductor region 54B, and a p-type semiconductor region 54A and an n-type semiconductor region 54B. A region (i region) 54C. The photoelectric conversion element PD1 also has an anode electrode 55, a cathode electrode 56, and a gate electrode 52 as shown in FIG. 6 to be described later. The anode electrode 55 is connected to the p-type semiconductor region 54A, and the n-type semiconductor region 54B is connected to the n-type semiconductor region 54B. A cathode electrode 56 is connected. The cathode electrode 56 of the photoelectric conversion element PD1 is connected to a power supply line that supplies a power supply voltage VDD. One end (anode electrode 55) of the photoelectric conversion element PD1 is connected to one end (drain terminal) of the reset transistor Tr1.

蓄積容量C0は、一端が蓄積ノードP1を介して、光電変換素子PD1の一端(アノード電極55)とリセット用トランジスタTr1の一端(ドレイン端子)と増幅用トランジスタTr2のゲート端子とに接続されている。蓄積容量C0には、光電変換素子PD1によって変換された電荷が蓄積されるようになっている。蓄積ノードP1の電圧値は、蓄積容量C0の蓄積電荷に応じて電圧変動するようになっている。蓄積容量C0の他端は、リセット用トランジスタTr1のソース端子と共に所定のリセット電圧Vrst(例えば0V)の供給線VSSに接続されている。   One end of the storage capacitor C0 is connected to one end (anode electrode 55) of the photoelectric conversion element PD1, one end (drain terminal) of the reset transistor Tr1, and the gate terminal of the amplification transistor Tr2 via the storage node P1. . Charges converted by the photoelectric conversion element PD1 are stored in the storage capacitor C0. The voltage value of the storage node P1 fluctuates depending on the charge stored in the storage capacitor C0. The other end of the storage capacitor C0 is connected to a supply line VSS of a predetermined reset voltage Vrst (for example, 0 V) together with the source terminal of the reset transistor Tr1.

リセット用トランジスタTr1、増幅用トランジスタTr2および選択・読み出し用トランジスタTr3はそれぞれ、例えば薄膜トランジスタ(TFT;ThinFilm Transistor)などにより構成されている。   Each of the resetting transistor Tr1, the amplifying transistor Tr2, and the selection / reading transistor Tr3 is configured by, for example, a thin film transistor (TFT).

リセット用トランジスタTr1のゲート端子はリセット制御信号V(Reset)を供給するリセット制御信号線Reset(図4、図5参照)に接続され、ソース端子は所定のリセット電圧Vrst(例えば0V)の供給線VSSに接続されている。リセット用トランジスタTr1のドレイン端子および増幅用トランジスタTr2のゲート端子は、蓄積容量C0の一端(蓄積ノードP1)に接続されている。増幅用トランジスタTr2のドレイン端子は、電源電圧VDDを供給する電源線に接続されている。増幅用トランジスタTr2のソース端子は、選択・読み出し用トランジスタTr3のドレイン端子に接続されている。選択・読み出し用トランジスタTr3のゲート端子は、リード制御信号V(Read)を供給するリード制御信号線Readに接続され、ソース端子は読み出し線41に接続されている。   The gate terminal of the reset transistor Tr1 is connected to a reset control signal line Reset (see FIGS. 4 and 5) for supplying a reset control signal V (Reset), and the source terminal is a supply line for a predetermined reset voltage Vrst (for example, 0 V). Connected to VSS. The drain terminal of the reset transistor Tr1 and the gate terminal of the amplification transistor Tr2 are connected to one end (storage node P1) of the storage capacitor C0. The drain terminal of the amplifying transistor Tr2 is connected to a power supply line that supplies the power supply voltage VDD. The source terminal of the amplifying transistor Tr2 is connected to the drain terminal of the selection / reading transistor Tr3. The selection / reading transistor Tr3 has a gate terminal connected to a read control signal line Read that supplies a read control signal V (Read), and a source terminal connected to a read line 41.

リセット用トランジスタTr1は、蓄積容量C0に所定のリセット電圧Vrstを与えることにより、蓄積ノードP1の電圧値を所定のリセット電圧Vrstにリセットする(蓄積容量C0の蓄積電荷を放出させる)ためのものである。本実施の形態では、後述の図11(B),(C)に示すように、受光ドライブ回路13がリセット用トランジスタTr1のゲート端子に印加するリセット制御信号V(Reset)のパルス期間を制御することにより、所定のリセット電圧Vrstが1H(水平走査)期間(例えば32μsec)を超える期間に亘って連続または間欠的に蓄積容量C0に与えられるようになっている。   The reset transistor Tr1 is for resetting the voltage value of the storage node P1 to a predetermined reset voltage Vrst (releasing the stored charge of the storage capacitor C0) by applying a predetermined reset voltage Vrst to the storage capacitor C0. is there. In this embodiment, as shown in FIGS. 11B and 11C described later, the light receiving drive circuit 13 controls the pulse period of the reset control signal V (Reset) applied to the gate terminal of the reset transistor Tr1. Thus, the predetermined reset voltage Vrst is applied to the storage capacitor C0 continuously or intermittently over a period exceeding a 1H (horizontal scanning) period (for example, 32 μsec).

増幅用トランジスタTr2と選択・読み出し用トランジスタTr3は、信号読み出し回路を形成し、蓄積容量C0の蓄積電荷に応じた電圧値を読み出してセンサ検出信号として出力するようになっている。センサ検出信号は、選択・読み出し用トランジスタTr3がゲート端子に印加されたリード制御信号V(Read)に応じてオンされたタイミングで、読み出し線41に出力されるようになっている。
増幅用トランジスタTr2と選択・読み出し用トランジスタTr3は、本発明における「読み出し手段」の一具体例に対応している。
The amplifying transistor Tr2 and the selection / reading transistor Tr3 form a signal reading circuit, which reads a voltage value corresponding to the accumulated charge in the accumulation capacitor C0 and outputs it as a sensor detection signal. The sensor detection signal is output to the readout line 41 at the timing when the selection / readout transistor Tr3 is turned on according to the read control signal V (Read) applied to the gate terminal.
The amplification transistor Tr2 and the selection / readout transistor Tr3 correspond to a specific example of “reading means” in the present invention.

[センサ素子33およびトランジスタの素子構造]
図6は、光電変換素子PD1の素子構造の一例を示している。図6では、ボトムゲート型の構成例を示している。センサ素子33は、基板51と、この基板51上に形成された、ゲート電極52、ゲート絶縁膜53、PIN型半導体層54、アノード電極55、カソード電極56、絶縁膜(平坦化膜)57、および層間絶縁膜58を備えている。PIN型半導体層54は、p型半導体領域54Aと、n型半導体領域54Bと、p型半導体領域54Aとn型半導体領域54Bとの間に形成された真性半導体領域(i領域)54Cとを有している。
[Element structure of sensor element 33 and transistor]
FIG. 6 shows an example of the element structure of the photoelectric conversion element PD1. FIG. 6 shows a configuration example of a bottom gate type. The sensor element 33 includes a substrate 51, a gate electrode 52, a gate insulating film 53, a PIN semiconductor layer 54, an anode electrode 55, a cathode electrode 56, an insulating film (planarizing film) 57 formed on the substrate 51, And an interlayer insulating film 58. The PIN type semiconductor layer 54 includes a p type semiconductor region 54A, an n type semiconductor region 54B, and an intrinsic semiconductor region (i region) 54C formed between the p type semiconductor region 54A and the n type semiconductor region 54B. is doing.

図6にはまた、トランジスタTrの素子構造の一例を示している。トランジスタTrの半導体層60は、基板51上において光電変換素子PD1のPIN型半導体層54と同一層に形成されている。図6に示したトランジスタTrは、例えば増幅用トランジスタTr2または選択・読み出し用トランジスタTr3である。その他、この表示装置は、センサ駆動手段(受光ドライブ回路13、センサ用Vドライバ24およびセンサ読み出し用Hドライバ25)、ならびに表示画素31RGBおよび表示駆動手段(表示ドライブ回路12、表示用Hドライバ22および表示用Vドライバ23)がそれぞれ、半導体層を含むスイッチングトランジスタを有している。これらの回路部のスイッチングトランジスタについても、同様に、半導体層が、基板51上において光電変換素子PD1のPIN型半導体層54と同一層に形成されていることが好ましい。   FIG. 6 also shows an example of the element structure of the transistor Tr. The semiconductor layer 60 of the transistor Tr is formed on the same layer as the PIN semiconductor layer 54 of the photoelectric conversion element PD1 on the substrate 51. The transistor Tr shown in FIG. 6 is, for example, an amplification transistor Tr2 or a selection / readout transistor Tr3. In addition, this display device includes sensor driving means (light receiving drive circuit 13, sensor V driver 24 and sensor readout H driver 25), and display pixels 31RGB and display driving means (display drive circuit 12, display H driver 22 and Each of the display V drivers 23) has a switching transistor including a semiconductor layer. Similarly, for the switching transistors in these circuit portions, it is preferable that the semiconductor layer be formed in the same layer as the PIN type semiconductor layer 54 of the photoelectric conversion element PD1 on the substrate 51.

まず、光電変換素子PD1側の素子構造について説明する。基板51は、例えば、プラスチックフィルム基板やガラス基板などの絶縁性基板である。ゲート電極52は、例えば、Al(アルミニウム)やMo(モリブデン)によって構成されている。ゲート電極52は、少なくとも真性半導体領域54Cとの対向領域に形成されており、例えば矩形状となっている。なお、図6には、ゲート電極52が真性半導体領域54Cだけでなく、p型半導体領域54Aの一部やn型半導体領域54Bの一部を含む部分との対向領域に形成されている場合が例示されている。これにより、ゲート電極52は、基板51側から入射した光が真性半導体領域54Cに入射するのを遮断する遮光膜として機能する。   First, the element structure on the photoelectric conversion element PD1 side will be described. The substrate 51 is an insulating substrate such as a plastic film substrate or a glass substrate. The gate electrode 52 is made of, for example, Al (aluminum) or Mo (molybdenum). The gate electrode 52 is formed at least in a region facing the intrinsic semiconductor region 54C, and has, for example, a rectangular shape. In FIG. 6, there is a case where the gate electrode 52 is formed not only in the intrinsic semiconductor region 54C but also in a region facing a part including the p-type semiconductor region 54A and a part including the n-type semiconductor region 54B. Illustrated. Thus, the gate electrode 52 functions as a light shielding film that blocks light incident from the substrate 51 side from entering the intrinsic semiconductor region 54C.

ゲート絶縁膜53は、例えば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)などを主成分として含んで構成されている。ゲート絶縁膜53は、積層方向(図のZ方向)においてPIN型半導体層54と対向配置されている。ゲート絶縁膜53は、例えば、少なくとも真性半導体領域54Cを含む部分との対向領域に形成されており、例えばゲート電極52を覆うように形成されている。なお、図6には、ゲート絶縁膜53が、ゲート電極52を含む基板51の表面全体に渡って形成されている場合が例示されている。 The gate insulating film 53 includes, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) as a main component. The gate insulating film 53 is disposed opposite to the PIN type semiconductor layer 54 in the stacking direction (Z direction in the drawing). The gate insulating film 53 is formed, for example, in a region facing at least a portion including the intrinsic semiconductor region 54C, and is formed so as to cover the gate electrode 52, for example. FIG. 6 illustrates the case where the gate insulating film 53 is formed over the entire surface of the substrate 51 including the gate electrode 52.

PIN型半導体層54は、ゲート電極52との対向領域を横切るように形成されており、アノード電極55およびカソード電極56の対向方向(図のX方向)に延在して形成されている。PIN型半導体層54の上面は、アノード電極55およびカソード電極56とのコンタクト部分を除いて、平坦化膜57および層間絶縁膜58によって覆われている。外部からの光は、平坦化膜57および層間絶縁膜58の上面側からPIN型半導体層54に入射するようになっている。平坦化膜57および層間絶縁膜58は、入射光に対して透明な材料からなり、例えば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)などを主成分として含んで構成されている。 The PIN type semiconductor layer 54 is formed so as to cross a region facing the gate electrode 52, and is formed to extend in a direction facing the anode electrode 55 and the cathode electrode 56 (X direction in the drawing). The upper surface of the PIN type semiconductor layer 54 is covered with a planarizing film 57 and an interlayer insulating film 58 except for a contact portion with the anode electrode 55 and the cathode electrode 56. Light from the outside enters the PIN type semiconductor layer 54 from the upper surface side of the planarizing film 57 and the interlayer insulating film 58. The planarizing film 57 and the interlayer insulating film 58 are made of a material that is transparent to incident light, and include, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), or the like as a main component.

p型半導体領域54Aおよびn型半導体領域54Bは、積層面内(図のxy面内)において第1の方向(図のX方向)に互いに対向している。p型半導体領域54Aおよびn型半導体領域54Bは互いに直接に接触せず、真性半導体領域54Cを介して配置されることになる。したがって、PIN型半導体層54において、面内方向にPIN構造が形成されることになる。PIN型半導体層54は、多結晶シリコンなどの非単結晶半導体層である。p型半導体領域54Aは、例えば、p型不純物(p+)を含有するシリコン薄膜からなり、n型半導体領域54Bは、例えば、n型不純物(n+)を含有するシリコン薄膜からなる。真性半導体領域54Cは、例えば、不純物がドープされていないシリコン薄膜からなる。 The p-type semiconductor region 54A and the n-type semiconductor region 54B oppose each other in the first direction (X direction in the drawing) in the stacked surface (in the xy plane in the drawing). The p-type semiconductor region 54A and the n-type semiconductor region 54B are not in direct contact with each other, and are disposed via the intrinsic semiconductor region 54C. Therefore, a PIN structure is formed in the in-plane direction in the PIN type semiconductor layer 54. The PIN semiconductor layer 54 is a non-single crystal semiconductor layer such as polycrystalline silicon. The p-type semiconductor region 54A is made of, for example, a silicon thin film containing p-type impurities (p + ), and the n-type semiconductor region 54B is made of, for example, a silicon thin film containing n-type impurities (n + ). The intrinsic semiconductor region 54C is made of, for example, a silicon thin film not doped with impurities.

アノード電極55およびカソード電極56は、例えば、Alによって構成されている。アノード電極55はp型半導体領域54Aと電気的に接続されており、カソード電極56はn型半導体領域54Bと電気的に接続されている。   The anode electrode 55 and the cathode electrode 56 are made of, for example, Al. The anode electrode 55 is electrically connected to the p-type semiconductor region 54A, and the cathode electrode 56 is electrically connected to the n-type semiconductor region 54B.

次に、トランジスタTr側の素子構造について説明する。なお、光電変換素子PD1側と同様の構造部分については説明を省略する。トランジスタTrは、ゲート電極59と、半導体層60と、ドレイン電極55Dと、ソース電極56Sとを備えている。半導体層60は、ソース領域60Bと、ドレイン領域60Aと、チャンネル領域60Cとを有している。   Next, an element structure on the transistor Tr side will be described. Note that the description of the same structural portion as that on the photoelectric conversion element PD1 side is omitted. The transistor Tr includes a gate electrode 59, a semiconductor layer 60, a drain electrode 55D, and a source electrode 56S. The semiconductor layer 60 has a source region 60B, a drain region 60A, and a channel region 60C.

ゲート電極59は、例えば、Al(アルミニウム)やMo(モリブデン)によって構成されている。ゲート電極59は、少なくともチャンネル領域60Cとの対向領域に形成されている。半導体層60の上面は、ドレイン電極55Dおよびソース電極56Sとのコンタクト部分を除いて、平坦化膜57および層間絶縁膜58によって覆われている。
ソース領域60Bおよびドレイン領域60Aは、積層面内(図のXY面内)において第1の方向(図のX方向)に互いに対向している。ソース領域60Bおよびドレイン領域60Aは互いに直接に接触せず、チャンネル領域60Cを介して配置されている。半導体層60は、多結晶シリコンなどの非単結晶半導体層である。
The gate electrode 59 is made of, for example, Al (aluminum) or Mo (molybdenum). The gate electrode 59 is formed at least in a region facing the channel region 60C. The upper surface of the semiconductor layer 60 is covered with the planarization film 57 and the interlayer insulating film 58 except for the contact portion with the drain electrode 55D and the source electrode 56S.
The source region 60B and the drain region 60A oppose each other in the first direction (X direction in the drawing) in the stacking plane (in the XY plane in the drawing). The source region 60B and the drain region 60A are not in direct contact with each other and are disposed via the channel region 60C. The semiconductor layer 60 is a non-single crystal semiconductor layer such as polycrystalline silicon.

ドレイン電極55Dおよびソース電極56Sは、例えば、Alによって構成されている。ドレイン電極55Dはドレイン領域60Aと電気的に接続されており、ソース電極56Sはソース領域60Bと電気的に接続されている。   The drain electrode 55D and the source electrode 56S are made of, for example, Al. The drain electrode 55D is electrically connected to the drain region 60A, and the source electrode 56S is electrically connected to the source region 60B.

図6に示した素子構造において、各層の膜厚は例えば以下の値で形成されている。
ゲート電極52,59: 50〜100nm
ゲート絶縁膜53 : 50〜200nm
PIN型半導体層54: 40〜200nm
半導体層60 :40〜200nm
アノード電極55 : 500〜1000nm
カソード電極56 : 500〜1000nm
層間絶縁膜58 :500〜1000nm
ドレイン電極55D : 500〜1000nm
ソース電極56S : 500〜1000nm
In the element structure shown in FIG. 6, the thickness of each layer is formed with the following values, for example.
Gate electrodes 52 and 59: 50 to 100 nm
Gate insulating film 53: 50 to 200 nm
PIN type semiconductor layer 54: 40 to 200 nm
Semiconductor layer 60: 40-200 nm
Anode electrode 55: 500 to 1000 nm
Cathode electrode 56: 500 to 1000 nm
Interlayer insulating film 58: 500 to 1000 nm
Drain electrode 55D: 500 to 1000 nm
Source electrode 56S: 500 to 1000 nm

[表示装置の全体動作]
まず、この表示装置の全体動作について説明する。
[Overall operation of display device]
First, the overall operation of this display device will be described.

この表示装置では、アプリケーションプログラム実行部11から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路12において表示用の駆動信号が生成される。この駆動信号により、I/Oディスプレイパネル20に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。また、このときバックライト15も表示ドライブ回路12によって駆動され、I/Oディスプレイパネル20と同期した周期的な点灯・消灯動作がなされる。   In this display device, a display drive signal is generated in the display drive circuit 12 based on display data supplied from the application program execution unit 11. With this drive signal, line-sequential display drive is performed on the I / O display panel 20, and an image is displayed. At this time, the backlight 15 is also driven by the display drive circuit 12, and a periodic lighting / extinguishing operation synchronized with the I / O display panel 20 is performed.

I/Oディスプレイパネル20に接触または近接する物体(指先等の近接物体)がある場合、受光ドライブ回路13による線順次撮像駆動により、I/Oディスプレイパネル20における各センサ素子(撮像画素)33においてその物体が検出(撮像)される。各センサ素子33からの検出信号(撮像信号)は、I/Oディスプレイパネル20から受光ドライブ回路13へ供給される。受光ドライブ回路13では、センサ素子33の検出信号を1フレーム分、蓄積し、撮像画像として画像処理部14へ出力する。ここで、画像処理部14へ出力されるのは、バックライト15をオン状態にして得られたセンサ素子33からのセンサ検出信号に基づく画像と、バックライト15をオフ状態にして得られたセンサ素子33からのセンサ検出信号に基づく画像との2フレームの画像である。   When there is an object in contact with or in proximity to the I / O display panel 20 (proximity object such as a fingertip), each sensor element (imaging pixel) 33 in the I / O display panel 20 is driven by line sequential imaging drive by the light receiving drive circuit 13. The object is detected (imaged). Detection signals (imaging signals) from the sensor elements 33 are supplied from the I / O display panel 20 to the light receiving drive circuit 13. In the light receiving drive circuit 13, the detection signal of the sensor element 33 is accumulated for one frame, and is output to the image processing unit 14 as a captured image. Here, what is output to the image processing unit 14 is an image based on a sensor detection signal from the sensor element 33 obtained by turning on the backlight 15 and a sensor obtained by turning off the backlight 15. It is a two-frame image with an image based on a sensor detection signal from the element 33.

画像処理部14では、この撮像画像に基づいて、所定の画像処理(演算処理)を行うことにより、I/Oディスプレイパネル20に接触または近接する物体に関する物体情報(位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど)を取得する。例えば受光ドライブ回路13において生成された差分画像の重心を判定する演算処理がなされ、接触(近接)中心の特定が行われる。そして、近接物体の検出結果が画像処理部14からアプリケーションプログラム実行部11へ出力される。アプリケーションプログラム実行部11では、後述するようなアプリケーションプログラムを実行する。   The image processing unit 14 performs predetermined image processing (arithmetic processing) on the basis of the captured image, so that object information (position coordinate data, object shape, and the like regarding the object in contact with or close to the I / O display panel 20). Get size data). For example, calculation processing for determining the center of gravity of the difference image generated in the light receiving drive circuit 13 is performed, and the contact (proximity) center is specified. Then, the detection result of the proximity object is output from the image processing unit 14 to the application program execution unit 11. The application program execution unit 11 executes an application program as will be described later.

[近接物体の検出の具体例]
次に、この表示装置におけるセンサ動作(撮像動作)の具体例について説明する。
この表示装置では、I/Oディスプレイパネル20において、上ラインから下ラインに向かって順次、センサ素子33の蓄積ノードP1の電圧値(蓄積容量C0の蓄積電荷)をリセット電圧Vrstでリセットする処理を行う(Reset期間)。次に、バックライト15がオンしている状態で露光(光電変換素子PD1によって変換された電荷を蓄積容量C0に蓄積)を行う(露光期間(明))。次に、上ラインから下ラインに向かって順次、センサ素子33における蓄積容量C0の蓄積電荷に応じた電圧値(蓄積ノードP1の電圧値)をセンサ検出信号として読み出す処理を行う(Read期間)。
[Specific examples of proximity object detection]
Next, a specific example of the sensor operation (imaging operation) in this display device will be described.
In this display device, in the I / O display panel 20, a process of sequentially resetting the voltage value of the storage node P1 of the sensor element 33 (stored charge of the storage capacitor C0) with the reset voltage Vrst from the upper line to the lower line. Perform (Reset period). Next, exposure (accumulation of the charge converted by the photoelectric conversion element PD1 in the storage capacitor C0) is performed with the backlight 15 turned on (exposure period (bright)). Next, a process of reading a voltage value (voltage value of the storage node P1) corresponding to the stored charge of the storage capacitor C0 in the sensor element 33 as a sensor detection signal is performed sequentially from the upper line to the lower line (Read period).

次に、再び、上ラインから下ラインに向かって順次、センサ素子33における蓄積ノードP1の電圧値(蓄積容量C0の蓄積電荷)をリセット電圧Vrstでリセットする処理を行う(Reset期間)。次に、バックライト15がオフしている状態で露光(光電変換素子PD1によって変換された電荷を蓄積容量C0に蓄積)を行う(露光期間(暗))。次に、上ラインから下ラインに向かって順次、センサ素子33における蓄積容量C0の蓄積電荷に応じた電圧値(蓄積ノードP1の電圧値)をセンサ検出信号として読み出す処理を行う(Read期間)。   Next, the process of resetting the voltage value of the storage node P1 in the sensor element 33 (stored charge of the storage capacitor C0) with the reset voltage Vrst is performed again sequentially from the upper line to the lower line (Reset period). Next, exposure (accumulation of the charge converted by the photoelectric conversion element PD1 in the storage capacitor C0) is performed with the backlight 15 turned off (exposure period (dark)). Next, a process of reading a voltage value (voltage value of the storage node P1) corresponding to the stored charge of the storage capacitor C0 in the sensor element 33 as a sensor detection signal is performed sequentially from the upper line to the lower line (Read period).

以上のように、Reset期間を挟みつつ、バックライト15がオンしている状態(明状態)での露光とオフしている状態(暗状態)での露光を行い、各状態でのセンサ検出信号を読み出す処理を行う。   As described above, exposure is performed in a state where the backlight 15 is turned on (bright state) and exposure in a state where the backlight 15 is turned off (dark state) with the Reset period interposed therebetween, and sensor detection signals in each state The process which reads is performed.

図12(A)は、この表示装置において、強い外光L0がある場合にI/Oディスプレイパネル20のセンサエリア21に近接物体(指f)がある状態を示し、図12(B)はその状態におけるセンサ出力電圧(受光出力電圧)の例を示している。例えば図12(A)に示したように、入射する外光(環境光)L0が強い場合には、バックライト15を点灯させた状態での受光出力電圧Von101は、図12(B)に示したようになる。すなわち、パネル上のセンサエリア21内において指fが近接する個所以外では、ほとんど外光L0の明るさのみに対応した電圧値Vaとなる。また、指fが近接する個所では、指fの表面で反射したバックライト15からの照明光Lonの明るさに対応した電圧値Vbに低下する。これに対して、バックライト15を消灯させた状態での受光出力電圧Voff101は、指fが近接する個所以外では、外光L0の明るさに対応した電圧値Vaとなる点は同じであるが、指fが近接する個所では、ほとんど外光L0が遮断された状態であり、非常にレベルの低い電圧値Vcとなる。   FIG. 12A shows a state in which there is a proximity object (finger f) in the sensor area 21 of the I / O display panel 20 when there is strong external light L0 in this display device, and FIG. The example of the sensor output voltage (light reception output voltage) in a state is shown. For example, as shown in FIG. 12A, when the incident external light (environment light) L0 is strong, the received light output voltage Von101 when the backlight 15 is turned on is shown in FIG. It becomes like. That is, in the sensor area 21 on the panel, the voltage value Va corresponds to only the brightness of the outside light L0 except for the part where the finger f is close. Further, at the location where the finger f is close, the voltage value Vb is reduced to correspond to the brightness of the illumination light Lon from the backlight 15 reflected by the surface of the finger f. On the other hand, the light reception output voltage Voff101 with the backlight 15 turned off is the same in that the voltage value Va corresponds to the brightness of the external light L0 except where the finger f is close. In the place where the finger f is close, the external light L0 is almost blocked, and the voltage value Vc is very low.

図13(A)は、この表示装置において、外光L0が弱い場合にI/Oディスプレイパネル20のセンサエリア21に近接物体(指f)がある状態を示し、図13(B)はその状態におけるセンサ出力電圧(受光出力電圧)の例を示している。例えば図13(A)に示したように、入射する外光L0が弱い(ほとんどない)状態では、バックライト105を点灯させた状態での受光出力電圧Von201は、図13(B)に示したようになる。すなわち、センサエリア21内において指fが近接する個所以外では、外光L0が少ないために非常にレベルの低い電圧値Vcとなる。また、センサエリア21内において指fが近接する個所では、指fの表面で反射したバックライト15からの照明光Lonの明るさに対応した電圧値Vbに上昇する。これに対して、バックライト15を消灯させた状態での受光出力電圧Voff2は、指fが近接する個所とそれ以外の個所のいずれでも、非常にレベルの低い電圧値Vcのままで変化がない。   FIG. 13A shows a state in which the proximity object (finger f) is present in the sensor area 21 of the I / O display panel 20 when the external light L0 is weak in this display device, and FIG. 2 shows an example of the sensor output voltage (light reception output voltage). For example, as shown in FIG. 13A, in the state where the incident external light L0 is weak (nearly), the received light output voltage Von201 when the backlight 105 is turned on is shown in FIG. It becomes like this. That is, the voltage value Vc becomes a very low level because the outside light L0 is small except in the sensor area 21 where the finger f is close. Further, at a location where the finger f is close in the sensor area 21, the voltage value Vb rises corresponding to the brightness of the illumination light Lon from the backlight 15 reflected by the surface of the finger f. On the other hand, the light reception output voltage Voff2 in a state where the backlight 15 is turned off remains at a very low voltage value Vc at both the location where the finger f is close and the other location, and does not change. .

このようにして、センサエリア21のうちの指fが近接していない個所では、外光L0がある場合とない場合とで、受光出力電圧が大きく異なっている。一方、表示エリア21のうちの指fが近接している個所では、外光L0の有無に関係なく、バックライト15の点灯時の電圧値Vbと、バックライト15の消灯時の電圧値Vcとが、ほぼ同じような状態となっている。よって、バックライト10の点灯時の電圧と消灯時の電圧との差分を検出することにより、電圧値Vbと電圧値Vcとの差のように、一定以上の差がある個所が、物体が近接等した個所であると判断することができる。   In this way, at a portion of the sensor area 21 where the finger f is not in proximity, the light reception output voltage is greatly different depending on whether or not the external light L0 is present. On the other hand, in the part of the display area 21 where the finger f is close, the voltage value Vb when the backlight 15 is turned on and the voltage value Vc when the backlight 15 is turned off regardless of the presence or absence of the external light L0. However, it is almost the same state. Therefore, by detecting the difference between the voltage when the backlight 10 is turned on and the voltage when the backlight 10 is turned off, the object is close to a place where there is a certain difference, such as the difference between the voltage value Vb and the voltage value Vc. It can be determined that they are equal parts.

画像処理部14(図1)では、例えば図14に示したような差分画像C’を求める。画像B’は、バックライト15による照明光Lonが照射されている状態で得られたセンサ素子33からのセンサ検出信号に基づく画像の例を示している。画像A’は、バックライト15による照明光Lonが照射されていない状態で得られたセンサ素子33からのセンサ検出信号に基づく画像の例を示している。これら画像A’と画像B’との差分画像C’から、物体の位置などを検出することができる。   In the image processing unit 14 (FIG. 1), for example, a difference image C ′ as shown in FIG. 14 is obtained. The image B ′ shows an example of an image based on a sensor detection signal from the sensor element 33 obtained in a state where the illumination light Lon from the backlight 15 is irradiated. The image A ′ shows an example of an image based on a sensor detection signal from the sensor element 33 obtained in a state where the illumination light Lon from the backlight 15 is not irradiated. The position of the object can be detected from the difference image C ′ between the images A ′ and B ′.

[センサ動作時の残像の説明]
図5のセンサ素子33を用いて上記のようなセンサ動作を行う場合において、リセット動作をしたにも関わらず、リセット前の蓄積容量C0の状態が残ってしまう場合がある。リセット前の蓄積容量C0の状態が残ってしまうと、次の読み出し動作時において、いわゆる残像が発生してしまい、良好な検出結果が得られなくなってしまう。
[Description of afterimage during sensor operation]
In the case where the sensor operation as described above is performed using the sensor element 33 of FIG. 5, the state of the storage capacitor C0 before the reset may remain despite the reset operation. If the state of the storage capacitor C0 before the reset remains, a so-called afterimage occurs during the next read operation, and a good detection result cannot be obtained.

以下、図7および図8を参照して、光電変換素子PD1としてPIN型フォトダイオードを用いた場合に生ずる残像の原因について説明する。PIN型のフォトダイオードの場合、ゲート電圧により、i層が蓄積状態(飽和状態)、空乏状態、反転状態のいずれかの状態となる。薄膜フォトダイオードの場合、この蓄積状態もしくは反転状態のゲート電極側界面に電荷が誘起された状態(図7(A))から、空乏状態(図7(B))に遷移するには、数百μsecオーダーの時間が必要となる。通常、PIN型フォトダイオードは空乏状態で光感度が最大となるため空乏状態で使用するが、強外光が照射され、Vnp<0Vの状態になると、蓄積状態に移行する。なお、Vnpは、p型半導体領域54A(アノード電極55)側から見たn型半導体領域54B(カソード電極56)の電位である。このため、強外光が照射された直後に暗状態に環境が変化し、かつリセット動作が行われVnp>0の状態に戻っても、数百μsecの間は蓄積状態から空乏状態に遷移できない。このとき、空乏状態と、蓄積状態もしくは反転状態とでは、表面に誘起された電荷の影響でPINダイオードの容量特性が異なることが分かっている。すなわち、図7(A),(B)に示したように、ゲート電極52とp型半導体領域54A(アノード電極55)間の容量Cgpは、蓄積状態では大きく、空乏状態では小さい。   Hereinafter, the cause of an afterimage that occurs when a PIN photodiode is used as the photoelectric conversion element PD1 will be described with reference to FIGS. In the case of a PIN type photodiode, the i layer is in an accumulation state (saturated state), a depletion state, or an inversion state depending on the gate voltage. In the case of a thin film photodiode, several hundreds of times are required to make a transition from a state where charge is induced at the gate electrode side interface in the accumulation state or inversion state (FIG. 7A) to a depletion state (FIG. 7B). Time on the order of μsec is required. Normally, a PIN photodiode is used in a depletion state because the photosensitivity is maximized in the depletion state. However, when a strong external light is irradiated and Vnp <0V is reached, the PIN type photodiode shifts to an accumulation state. Vnp is the potential of the n-type semiconductor region 54B (cathode electrode 56) viewed from the p-type semiconductor region 54A (anode electrode 55) side. For this reason, even if the environment changes to a dark state immediately after irradiation with strong external light and a reset operation is performed and the state returns to the state of Vnp> 0, the transition from the accumulation state to the depletion state cannot be made for several hundred μsec. . At this time, it is known that the capacitance characteristics of the PIN diode differ between the depletion state and the accumulation state or the inversion state due to the influence of the charge induced on the surface. That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, the capacitance Cgp between the gate electrode 52 and the p-type semiconductor region 54A (anode electrode 55) is large in the accumulation state and small in the depletion state.

一方、蓄積容量C0は、リセット用トランジスタTr1がオンし、瞬時に所定のリセット電圧Vrstに安定するが、リセット用トランジスタTr1がオンからオフ状態に遷移するときに、各回路素子における容量カップリングにより蓄積容量C0の電位が影響を受け所定のリセット電圧Vrstから微小に変動する。図8には、容量カップリングにより生ずる容量C10,C20,C30,C40の例を示している。   On the other hand, the storage capacitor C0 is instantaneously stabilized at a predetermined reset voltage Vrst when the reset transistor Tr1 is turned on. The potential of the storage capacitor C0 is affected and slightly fluctuates from a predetermined reset voltage Vrst. FIG. 8 shows an example of the capacitors C10, C20, C30, and C40 generated by the capacitive coupling.

ここで、上述したように、蓄積容量C0に接続されているPIN型フォトダイオード(光電変換素子PD1)の容量C10(Cgp)が空乏状態と蓄積もしくは反転常態とで異なる場合、光電変換素子PD1の状態によって、全体のカップリング量が変化してしまう。これが影響してリセット動作後も直前まで受けていた光の情報が蓄積容量C0に残ってしまう。これにより残像問題が発生する。   Here, as described above, when the capacitance C10 (Cgp) of the PIN photodiode (photoelectric conversion element PD1) connected to the storage capacitor C0 differs between the depletion state and the accumulation or inversion normal state, The total coupling amount changes depending on the state. As a result, the light information received immediately before the reset operation remains in the storage capacitor C0. This causes an afterimage problem.

上述したようにPIN型フォトダイオードにおける状態遷移には、数百μsecの時間が掛かる。このことから、例えば100μsec程度の時間、リセット電圧Vrstを蓄積容量C0に連続的または間欠的に与えることで、残像問題を改善することができると考えられる。ただし、実際には、リセット電圧Vrstを与える期間が、後述するように1H(水平走査)期間(例えば32μsec)を超えると残像は大きく減少し始める。   As described above, the state transition in the PIN photodiode takes a time of several hundred μsec. From this, for example, it is considered that the afterimage problem can be improved by applying the reset voltage Vrst to the storage capacitor C0 continuously or intermittently for about 100 μsec. In practice, however, the afterimage starts to decrease greatly when the period during which the reset voltage Vrst is applied exceeds a 1H (horizontal scanning) period (for example, 32 μsec) as will be described later.

[リセット電圧の制御動作の具体例]
図10(A)〜(C)は、この表示装置におけるセンサ動作(撮像動作)の一例を表すタイミング波形を示している。特に図10(A)は、図5のリセット用トランジスタTr1のゲートに印加されるリセット制御信号V(Reset)の電圧波形を示している。図10(B)は、選択・読み出し用トランジスタTr3に印加されるリード制御信号V(Read)の電圧波形を示している。図10(C)は、蓄積容量C0の一端側の蓄積ノードP1における電圧Vsの波形を示している。図10(A)の上部に記した「明」はバックライト15がオンしている期間(明期間)、「暗」はバックライト15がオフしている期間(暗期間)を示している。
[Specific example of reset voltage control operation]
10A to 10C show timing waveforms representing an example of a sensor operation (imaging operation) in this display device. In particular, FIG. 10A shows a voltage waveform of the reset control signal V (Reset) applied to the gate of the reset transistor Tr1 in FIG. FIG. 10B shows the voltage waveform of the read control signal V (Read) applied to the selection / reading transistor Tr3. FIG. 10C shows the waveform of the voltage Vs at the storage node P1 on one end side of the storage capacitor C0. “Bright” shown in the upper part of FIG. 10A indicates a period in which the backlight 15 is on (bright period), and “dark” indicates a period in which the backlight 15 is off (dark period).

まず、図10(C)に示した動作点Aにおいて、蓄積ノードP1の電圧Vsはリセット用トランジスタTr1がオン状態になったことにより、所定のリセット電圧Vrstに瞬時に安定する。続いて、動作点Bにおいて蓄積ノードP1の電圧Vsは、リセット用トランジスタTr1がオフ状態に移行するに伴い、図8に示したような容量カップリングにより、
Vcd1=(VH−VL)×C30/(C10+C20+C30+C40)
だけの電圧降下を示す。
続いて動作点C(明期間)では、光電変換素子PD1により光が光電変換されて電圧が上昇する。その後、選択・読み出し用トランジスタTr3がオンすることにより、その電圧が検出信号として出力される。
First, at the operating point A shown in FIG. 10C, the voltage Vs of the storage node P1 is instantaneously stabilized at a predetermined reset voltage Vrst because the reset transistor Tr1 is turned on. Subsequently, at the operating point B, the voltage Vs of the storage node P1 is caused by capacitive coupling as shown in FIG. 8 as the resetting transistor Tr1 shifts to the OFF state.
Vcd1 = (VH−VL) × C30 / (C10 + C20 + C30 + C40)
Only voltage drop.
Subsequently, at the operating point C (light period), light is photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD1, and the voltage rises. Thereafter, when the selection / reading transistor Tr3 is turned on, the voltage is output as a detection signal.

以降、動作点A,B,Cと同様に、暗期間についても動作点D,E,F,G,Hの動作電圧となることは容易に理解できる。続いて、再度の明期間、動作点Jにおいて光電変換素子PD1により変換された電位、
Q>(VDD−Vrst)/(C10+C20+C30+C40)
の状態になったとき、いわゆる飽和状態となり、動作点Jでの蓄積ノードP1の電圧Vsは任意の電位に落ち着く。そのとき、光電変換素子PD1のカップリング容量C10は、上述したように、非飽和状態のときのそれより大きな容量となるため、次の動作点Lで受ける容量カップリング量Vcd2はVcd1より小さな電位となる。
そのため、非飽和後と飽和後では同じ光量を受けても動作点Fと動作点Mのように、出力される信号電圧が異なることとなり、信号電位からみると残像のように見えてしまう。このとき、所定のリセット電圧Vrstが1H(水平走査)期間を超える期間、好ましくは100μsec以上の期間に亘って連続または間欠的に蓄積容量C0に与えられるようにリセット用トランジスタTr1を駆動制御することで、光電変換素子PD1のカップリング容量C10の容量の変化が実質的になくなるためVcd1=Vcd2となり残像現象は実質的になくなる。
Thereafter, as with the operating points A, B, and C, it can be easily understood that the operating voltages of the operating points D, E, F, G, and H are obtained during the dark period. Subsequently, the potential converted by the photoelectric conversion element PD1 at the operating point J in the bright period again,
Q> (VDD−Vrst) / (C10 + C20 + C30 + C40)
In this state, the so-called saturation state is reached, and the voltage Vs of the storage node P1 at the operating point J settles to an arbitrary potential. At this time, since the coupling capacitance C10 of the photoelectric conversion element PD1 is larger than that in the non-saturated state as described above, the capacitance coupling amount Vcd2 received at the next operating point L is a potential smaller than Vcd1. It becomes.
For this reason, even if the same amount of light is received after desaturation and after saturation, the output signal voltages are different as in the operating point F and the operating point M, and it looks like an afterimage when viewed from the signal potential. At this time, the reset transistor Tr1 is driven and controlled so that the predetermined reset voltage Vrst is applied to the storage capacitor C0 continuously or intermittently over a period exceeding 1H (horizontal scanning) period, preferably over a period of 100 μsec or more. Thus, since the change in the capacitance of the coupling capacitor C10 of the photoelectric conversion element PD1 is substantially eliminated, Vcd1 = Vcd2 and the afterimage phenomenon is substantially eliminated.

図11(B)は、残像を無くすためのリセット制御信号V(Reset)として好ましい電圧波形の第1の例を示している。図11(C)は好ましい電圧波形の第2の例を示している。図11(A)は比較例の電圧波形を示している。   FIG. 11B shows a first example of a preferable voltage waveform as a reset control signal V (Reset) for eliminating afterimages. FIG. 11C shows a second example of a preferable voltage waveform. FIG. 11A shows the voltage waveform of the comparative example.

例えば図11(B)に示したように、リセット用トランジスタTr1のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)として、1H(水平走査)期間を超える期間(例えば100μsec以上)の電圧パルス幅を有する信号を印加する。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H(水平走査)期間を超える期間に亘って連続的に蓄積容量C0に与えられる。これにより、光電変換素子PD1が飽和状態となった場合であっても、残像が生じないように蓄積容量C0に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットすることができる。   For example, as shown in FIG. 11B, a signal having a voltage pulse width of a period exceeding 1H (horizontal scanning) period (for example, 100 μsec or more) as a reset control signal V (Reset) at the gate terminal of the reset transistor Tr1. Apply. Thereby, the predetermined reset voltage Vrst is continuously applied to the storage capacitor C0 over a period exceeding 1H (horizontal scanning) period. Thereby, even when the photoelectric conversion element PD1 is saturated, the accumulated charge accumulated in the accumulation capacitor C0 can be surely reset so that no afterimage is generated.

また例えば図11(C)に示したように、リセット用トランジスタTr1のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)として、1H(水平走査)期間を超える期間(例えば100μsec以上)の期間内に2以上の間欠的な電圧パルス信号を印加するようにしても良い。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って間欠的に蓄積容量C0に与えられる。   Further, for example, as shown in FIG. 11C, the reset control signal V (Reset) is applied to the gate terminal of the resetting transistor Tr1 at 2 or more in a period exceeding 1H (horizontal scanning) period (for example, 100 μsec or more). These intermittent voltage pulse signals may be applied. Thereby, the predetermined reset voltage Vrst is intermittently given to the storage capacitor C0 over a period exceeding 1H period.

図11(B),(C)のようなリセット制御を行うことにより、光電変換素子PD1が飽和状態となった場合であっても、残像が生じないように蓄積容量C0に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットすることができる。これに対して、図11(A)に示したように1H(水平走査)期間以下の短期間の電圧パルス幅を有するリセット制御信号V(Reset)を印加した場合には、所定のリセット電圧Vrstが1H期間以下の短期間しか与えられないので、蓄積容量C0に蓄積された蓄積電荷を十分にリセットすることができない場合がある。   By performing reset control as shown in FIGS. 11B and 11C, even if the photoelectric conversion element PD1 is saturated, the accumulated charge accumulated in the accumulation capacitor C0 so that no afterimage is generated. Can be reliably reset. On the other hand, as shown in FIG. 11A, when a reset control signal V (Reset) having a voltage pulse width for a short time of 1H (horizontal scanning) or less is applied, a predetermined reset voltage Vrst is applied. However, since only a short period of 1H or less is given, the accumulated charge accumulated in the accumulation capacitor C0 may not be sufficiently reset.

図9は、図5に示したセンサ素子33における残像特性を実験により検証した結果を示している。この特性は、図10の明期間には光電変換素子PD1が飽和する光量をセンサ素子33に入射し、暗期間にはセンサ素子33への光入射はないものとした場合における、暗期間での信号量(残像信号量)を縦軸にとったものである。横軸はリセット電圧Vrstを与えた期間を示している。また、図9の測定条件として、1フレーム期間は16.6msec、1H(水平走査)期間は、32μsecである。図9から分かるように、リセット電圧Vrstを与える期間が長いほど、残像信号は少なくなる。特に1H期間を超えると、残像信号が大きく減少し始める。また、残像信号はおおよそ、残像偽信号が最大のときに対し、10%以下で不可視レベルとなった。このため、1H期間を超える期間、実用上は、リセット電圧Vrstを与える期間は100μsec以上であれば十分であり、好ましくは残像信号がゼロとなる140μsec以上与えると良い。   FIG. 9 shows the result of verifying the afterimage characteristics in the sensor element 33 shown in FIG. 5 by experiments. This characteristic is that in the light period of FIG. 10, the amount of light that saturates the photoelectric conversion element PD1 is incident on the sensor element 33, and no light is incident on the sensor element 33 in the dark period. The signal amount (afterimage signal amount) is plotted on the vertical axis. The horizontal axis indicates the period during which the reset voltage Vrst is applied. As a measurement condition in FIG. 9, 1 frame period is 16.6 msec, and 1H (horizontal scanning) period is 32 μsec. As can be seen from FIG. 9, the longer the period during which the reset voltage Vrst is applied, the fewer afterimage signals. In particular, after the 1H period, the afterimage signal starts to decrease greatly. Further, the afterimage signal was invisible at about 10% or less compared with the maximum afterimage false signal. Therefore, for a period exceeding 1H, in practice, the period for applying the reset voltage Vrst is sufficient if it is 100 μsec or more, and preferably 140 μsec or more for which the afterimage signal becomes zero.

このように本実施の形態に係る入力機能付き表示装置によれば、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って連続または間欠的に蓄積容量C0に与えられるようにしたので、例えば光電変換素子PD1が飽和状態となった場合であっても、残像が低減するように蓄積容量C0に蓄積された蓄積電荷を確実にリセットして、安定した検出動作を行うことができる。これにより例えば、より速く動く物体に対し正確に位置を検出するようなセンサ動作が可能となる。   As described above, according to the display device with an input function according to the present embodiment, the predetermined reset voltage Vrst is continuously or intermittently applied to the storage capacitor C0 over a period exceeding 1H period. Even when the conversion element PD1 is saturated, the stored charge stored in the storage capacitor C0 can be reliably reset so that the afterimage is reduced, and a stable detection operation can be performed. Thereby, for example, it is possible to perform a sensor operation that accurately detects the position of an object that moves faster.

[アプリケーションプログラムの実行例]
次に、図15〜図18を参照して、上述した近接物体の検出処理によって検出された物体の位置情報等を利用した、アプリケーションプログラム実行部11によるアプリケーションプログラム実行例について、いくつか説明する。
[Execution example of application program]
Next, with reference to FIGS. 15 to 18, some application program execution examples by the application program execution unit 11 using the position information of the object detected by the proximity object detection process described above will be described.

図15(A)に示した第1の例は、I/Oディスプレイパネル20の表面を指先61で触れて、その触れた個所の軌跡を描画ライン611として画面に表示させるようにした例である。   The first example shown in FIG. 15A is an example in which the surface of the I / O display panel 20 is touched with the fingertip 61 and the locus of the touched part is displayed on the screen as a drawing line 611. .

図15(B)に示した第2の例は、手の形を用いたジェスチャ認識のものである。具体的には、I/Oディスプレイパネル20に触れた(または近接した)手62の形状を認識して、その認識した手の形を画像として表示させ、その表示オブジェクトの移動621で、何らかの処理を行うようにしたものである。   The second example shown in FIG. 15B is for gesture recognition using a hand shape. Specifically, the shape of the hand 62 touching (or close to) the I / O display panel 20 is recognized, the recognized hand shape is displayed as an image, and the display object movement 621 performs some processing. Is to do.

図16に示した第3の例は、閉じた状態の手63Aから、開いた状態の手63Bに変化させて、それぞれの状態の手の接触または近接をI/Oディスプレイパネル20で画像認識させて、その画像認識に基づいた処理を実行させるようにしたものである。これらの認識に基づいて処理を行うことで、例えばズームインなどの指示を行うことができる。また、このような指示ができることで、例えばI/Oディスプレイパネル20をパーソナルコンピュータ装置に接続して、そのコンピュータ装置上でコマンドを切り替えている操作などを、これらの画像認識で、より自然な形で入力することができる。   In the third example shown in FIG. 16, the hand 63A in the closed state is changed to the hand 63B in the open state, and the contact or proximity of the hand in each state is recognized by the I / O display panel 20. Thus, processing based on the image recognition is executed. By performing processing based on these recognitions, for example, an instruction such as zoom-in can be given. In addition, since such an instruction can be performed, for example, an operation in which the I / O display panel 20 is connected to a personal computer device and a command is switched on the computer device can be more naturally formed by the image recognition. Can be entered.

図17に示した第4の例は、I/Oディスプレイパネル20を2台用意して、2台のI/Oディスプレイパネル20を何らかの伝送手段で接続するようにしたものである。このような構成で、一方のI/Oディスプレイパネル20において接触または近接を検出した画像を、他方のI/Oディスプレイパネル20に伝送して表示させて、両ディスプレイパネルを操作するユーザ間でコミュニケーションをとるようにしてもよい。例えば図17に示したように、一方のI/Oディスプレイパネル20で画像認識した手65の手形の画像を送信して、他方のI/Oディスプレイパネル20に同一の手形642を表示させる処理が可能になる。また例えば、他方のI/Oディスプレイパネル20を手64で触れて表示された軌跡641を、一方のI/Oディスプレイパネル20に送って表示させる等の処理が可能になる。このようにして、描画している状態を動画で伝達し、手書きの文字や図形などを相手に送ることで、新しいコミュニケーションツールとなる可能性がある。このような例としては、例えば、I/Oディスプレイパネル20を携帯電話端末の表示パネルに適用すること等が想定される。なお、図17ではI/Oディスプレイパネル20を2台用意した例を示したが、3台以上のI/Oディスプレイパネル20を伝送手段で接続して同様の処理を行うことも可能である。   In the fourth example shown in FIG. 17, two I / O display panels 20 are prepared, and the two I / O display panels 20 are connected by some transmission means. With such a configuration, an image in which contact or proximity is detected in one I / O display panel 20 is transmitted to the other I / O display panel 20 to be displayed and communicated between users who operate both display panels. You may make it take. For example, as shown in FIG. 17, there is a process of transmitting the image of the handprint of the hand 65 recognized by the one I / O display panel 20 and displaying the same bill 642 on the other I / O display panel 20. It becomes possible. Further, for example, it is possible to perform processing such as sending the locus 641 displayed by touching the other I / O display panel 20 with the hand 64 to the one I / O display panel 20 for display. In this way, there is a possibility that a new communication tool can be obtained by transmitting a drawing state as a moving image and sending handwritten characters or figures to the other party. As such an example, for example, it is assumed that the I / O display panel 20 is applied to a display panel of a mobile phone terminal. Although FIG. 17 shows an example in which two I / O display panels 20 are prepared, it is also possible to perform the same processing by connecting three or more I / O display panels 20 with a transmission means.

また、図18の第5の例に示したように、筆66を使用してI/Oディスプレイパネル20の表面で文字を書くように触れさせて、その筆66が触れた個所をI/Oディスプレイパネル20に画像661として表示させることで、毛筆による手書きの入力が可能になる。この場合には、毛筆の細かいタッチまで認識して実現することが可能である。従来の手書き認識の場合には、例えば一部のデジタイザにおいて、特殊なペンの傾きを電界検出で実現していたが、本例では、本物の毛筆の接触面そのものを検知することにより、より現実的な感覚で情報入力を行える。   Further, as shown in the fifth example of FIG. 18, the brush 66 is used to touch the surface of the I / O display panel 20 so as to write characters, and the portion touched by the brush 66 is changed to the I / O. By displaying the image 661 on the display panel 20, handwritten input with a brush can be performed. In this case, it is possible to recognize and realize even a fine touch of a brush. In the case of conventional handwriting recognition, for example, in some digitizers, a special pen tilt is realized by electric field detection, but in this example, by detecting the contact surface itself of a real brush, it is more realistic. Information can be input in a sense.

<モジュールおよび適用例>
次に、図19〜図23を参照して、以上で説明した入力機能付き表示装置の適用例について説明する。この表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。例えば以下で説明するようなテレビジョン装置,デジタルカメラ,ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどの電子機器に適用することが可能である。
<Modules and application examples>
Next, application examples of the display device with an input function described above will be described with reference to FIGS. This display device can be applied to electronic devices in various fields that display a video signal input from the outside or a video signal generated inside as an image or video. For example, the present invention can be applied to electronic devices such as a television set, a digital camera, a notebook personal computer, a mobile terminal device such as a mobile phone, and a video camera as described below.

(適用例1)
図19は、電子機器の第1の例としてのテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511およびフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有している。このようなテレビジョン装置における映像表示画面部510に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
(Application example 1)
FIG. 19 illustrates an appearance of a television device as a first example of an electronic apparatus. The television apparatus includes a video display screen unit 510 including a front panel 511 and a filter glass 512, for example. The display device with an input function described above can be applied to the video display screen unit 510 in such a television device.

(適用例2)
図20(A),(B)は、電子機器の第2の例としてのデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523およびシャッターボタン524を有している。このようなデジタルカメラにおける表示部522に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
(Application example 2)
20A and 20B show the appearance of a digital camera as a second example of an electronic device. The digital camera includes, for example, a flash light emitting unit 521, a display unit 522, a menu switch 523, and a shutter button 524. The display device with an input function described above can be applied to the display portion 522 in such a digital camera.

(適用例3)
図21は、電子機器の第3の例としてのノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体531,文字等の入力操作のためのキーボード532および画像を表示する表示部533を有している。このようなノート型パーソナルコンピュータにおける表示部533に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
(Application example 3)
FIG. 21 illustrates an appearance of a notebook personal computer as a third example of the electronic apparatus. This notebook personal computer has, for example, a main body 531, a keyboard 532 for inputting characters and the like, and a display unit 533 for displaying an image. The display device with an input function described above can be applied to the display portion 533 in such a notebook personal computer.

(適用例4)
図22は、電子機器の第4の例としてのビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部541,この本体部541の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ542,撮影時のスタート/ストップスイッチ543および表示部544を有している。このようなビデオカメラにおける表示部544に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
(Application example 4)
FIG. 22 shows the appearance of a video camera as a fourth example of the electronic apparatus. This video camera includes, for example, a main body 541, a subject shooting lens 542 provided on the front side surface of the main body 541, a start / stop switch 543 at the time of shooting, and a display 544. The display device with an input function described above can be applied to the display portion 544 in such a video camera.

(適用例5)
図23(A)〜(G)は、電子機器の第5の例としての携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。このような携帯電話機におけるディスプレイ740またはサブディスプレイ750に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
(Application example 5)
FIGS. 23A to 23G show the appearance of a mobile phone as a fifth example of the electronic apparatus. For example, the mobile phone is obtained by connecting an upper housing 710 and a lower housing 720 with a connecting portion (hinge portion) 730, and includes a display 740, a sub-display 750, a picture light 760, and a camera 770. Yes. The display device with an input function described above can be applied to the display 740 or the sub display 750 in such a cellular phone.

<第1の実施の形態の変形例>
本発明は上記第1の実施の形態、およびその適用例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記第1の実施の形態等では、バックライト15を備えた液晶パネルからなるI/Oディスプレイパネル20の場合で説明したが、表示用のバックライトが検出用照明を兼ねてもよいし、検出専用の照明を設けてもよい。また、検出用照明を設ける場合には、可視光領域以外の波長領域の光(例えば、赤外光)を用いるのがより好ましい。
<Modification of the first embodiment>
The present invention is not limited to the first embodiment and application examples, and various modifications can be made. For example, in the first embodiment and the like, the case of the I / O display panel 20 including the liquid crystal panel including the backlight 15 has been described. However, the display backlight may also serve as the detection illumination. In addition, illumination dedicated to detection may be provided. When providing illumination for detection, it is more preferable to use light in a wavelength region other than the visible light region (for example, infrared light).

さらに、上記第1の実施の形態等では、複数の表示画素31RGBと複数のセンサ素子33とを含む表示パネル(I/Oディスプレイパネル20)を有する入力機能付き表示装置について説明したが、本発明は表示装置以外にも適用可能である。例えば表示機能のない単なるセンサ装置としても適用可能である。この場合、例えばI/Oディスプレイパネル20に代えて、表示画素31RGBを設けずに複数のセンサ素子33のみを1つの面内にマトリクス状に配置することにより構成されたセンサパネルを備えるようにすれば良い。   Further, in the first embodiment and the like, the display device with an input function having the display panel (I / O display panel 20) including the plurality of display pixels 31RGB and the plurality of sensor elements 33 has been described. Is applicable to devices other than display devices. For example, the present invention can be applied as a simple sensor device having no display function. In this case, for example, instead of the I / O display panel 20, a sensor panel configured by arranging only a plurality of sensor elements 33 in a matrix on one plane without providing the display pixels 31RGB is provided. It ’s fine.

<第2の実施の形態>
[放射線撮像装置の全体構成]
本実施の形態では、本発明を放射線撮像装置に適用した構成例について説明する。図24は、本実施の形態に係る放射線撮像装置101のうちの光電変換装置102のシステム構成を表すものである。放射線撮像装置101は、光電変換装置102の上に、図25に示したように、波長変換体140を設けたものである。放射線撮像装置101は、α線、β線、γ線、X線に代表される放射線を波長変換体140によって波長変換して放射線に基づく情報を読み取るようになっている。
<Second Embodiment>
[Overall configuration of radiation imaging apparatus]
In this embodiment, a configuration example in which the present invention is applied to a radiation imaging apparatus will be described. FIG. 24 illustrates a system configuration of the photoelectric conversion apparatus 102 in the radiation imaging apparatus 101 according to the present embodiment. The radiation imaging apparatus 101 is obtained by providing a wavelength converter 140 on the photoelectric conversion apparatus 102 as shown in FIG. The radiation imaging apparatus 101 reads information based on radiation by converting the wavelength of radiation represented by α rays, β rays, γ rays, and X rays by a wavelength converter 140.

波長変換体140は、上記のような放射線を光電変換装置102の感度域に波長変換するものである。波長変換体140は例えばX線などの放射線を、放射線よりも波長の長い光(例えば可視光)に変換する蛍光体(例えば、シンチレータ)である。具体的には、有機平坦化膜、スピンオングラス材料等からなる平坦化膜の上面にCsI、NaI、CaF2等の蛍光体膜を形成したものである。   The wavelength converter 140 converts the wavelength of the above radiation into the sensitivity range of the photoelectric conversion device 102. The wavelength converter 140 is a phosphor (for example, a scintillator) that converts radiation such as X-rays into light (for example, visible light) having a longer wavelength than the radiation. Specifically, a phosphor film such as CsI, NaI, or CaF2 is formed on the upper surface of the planarizing film made of an organic planarizing film, a spin-on-glass material, or the like.

光電変換装置102は、基板111上に画素部112を有し、この画素部112の周囲に、例えば行走査部(垂直駆動部)113、水平選択部114、列走査部(水平駆動部)115およびシステム制御部116からなる周辺回路部(駆動部)が設けられている。   The photoelectric conversion device 102 includes a pixel unit 112 on a substrate 111, and, for example, a row scanning unit (vertical driving unit) 113, a horizontal selection unit 114, and a column scanning unit (horizontal driving unit) 115 around the pixel unit 112. In addition, a peripheral circuit unit (drive unit) including the system control unit 116 is provided.

画素部112には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換部(後述する光電変換素子PD11)を有する単位画素120(以下、単に「画素」と記述する場合もある)が複数、行列状に2次元配置されている。   The pixel unit 112 includes a unit pixel 120 (hereinafter simply referred to as a “pixel”) having a photoelectric conversion unit (a photoelectric conversion element PD11 described later) that generates and accumulates photoelectric charges having a charge amount corresponding to the amount of incident light. There are cases where it is described), a plurality of two-dimensionally arranged in a matrix.

画素部112には更に、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線117が行方向(画素行の画素の配列方向)に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線(読み出し線)118が列方向(画素列の画素の配列方向)に沿って配線されている。画素駆動線117は、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線117としては例えば、後述する図26等の画素回路に接続されるリード制御信号線Readおよびリセット制御信号線Resetが画素行ごとに設けられている。画素駆動線117の一端は、行走査部113の各行に対応した出力端に接続されている。   The pixel portion 112 is further provided with a pixel drive line 117 for each pixel row in the matrix-like pixel arrangement along the row direction (pixel arrangement direction of the pixel row), and a vertical signal line (readout) for each pixel column. Line 118 is wired along the column direction (pixel arrangement direction of the pixel column). The pixel drive line 117 transmits a drive signal for reading a signal from the pixel. As the pixel drive line 117, for example, a read control signal line Read and a reset control signal line Reset connected to a pixel circuit in FIG. One end of the pixel drive line 117 is connected to an output end corresponding to each row of the row scanning unit 113.

行走査部113は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部112の各画素を、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部113によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線118の各々を通して水平選択部114に供給される。水平選択部114は、垂直信号線118ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。   The row scanning unit 113 is configured by a shift register, an address decoder, or the like, and is a pixel driving unit that drives each pixel of the pixel unit 112, for example, in units of rows. A signal output from each unit pixel of the pixel row selected and scanned by the row scanning unit 113 is supplied to the horizontal selection unit 114 through each of the vertical signal lines 118. The horizontal selection unit 114 is configured by an amplifier, a horizontal selection switch, or the like provided for each vertical signal line 118.

列走査部115は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部114の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動する。この列走査部115による選択走査により、垂直信号線118の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線119に出力され、当該水平信号線119を通して基板111の外部へ伝送される。   The column scanning unit 115 is configured by a shift register, an address decoder, and the like, and sequentially drives while scanning each horizontal selection switch of the horizontal selection unit 114. By the selective scanning by the column scanning unit 115, the signal of each pixel transmitted through each of the vertical signal lines 118 is sequentially output to the horizontal signal line 119 and transmitted to the outside of the substrate 111 through the horizontal signal line 119.

行走査部113、水平選択部114、列走査部115および水平信号線119からなる回路部分は、基板111上に形成された回路もしくは外部制御ICあるいはその両方を併用して構成される。あるいは、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。   A circuit portion including the row scanning unit 113, the horizontal selection unit 114, the column scanning unit 115, and the horizontal signal line 119 is configured by using a circuit formed on the substrate 111 and / or an external control IC in combination. Alternatively, these circuit portions may be formed on another substrate connected by a cable or the like.

システム制御部116は、基板111の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、光電変換装置102の内部情報などのデータを出力する。システム制御部116はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部113、水平選択部114および列走査部115などの周辺回路部の駆動制御を行う。   The system control unit 116 receives a clock given from the outside of the substrate 111, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the photoelectric conversion device 102. The system control unit 116 further includes a timing generator that generates various timing signals, and the row scanning unit 113, the horizontal selection unit 114, the column scanning unit 115, and the like based on the various timing signals generated by the timing generator. Drive control of the peripheral circuit section is performed.

[単位画素120(センサ素子)の回路構成]
単位画素120の回路構成としては、アクティブ型とパッシブ型とがある。以下、図26〜図29を参照して、それぞれのタイプの回路構成例を説明する。
[Circuit Configuration of Unit Pixel 120 (Sensor Element)]
The circuit configuration of the unit pixel 120 includes an active type and a passive type. Hereinafter, each type of circuit configuration example will be described with reference to FIGS. 26 to 29.

(アクティブ型の画素回路の第1の構成例)
図26は、単位画素120をアクティブ型の画素回路で構成した第1の構成例を示している。このアクティブ型の第1の構成例では、単位画素120に、光電変換素子PD11、蓄積ノードN(電荷蓄積部)、リセット用トランジスタTr11、増幅用トランジスタTr12および選択・読み出し用トランジスタTr13が設けられている。この単位画素120に対して、画素駆動線117として例えば2本の配線、具体的にはリード制御信号線Readおよびリセット制御信号線Resetが画素行ごとに配線されている。
(First Configuration Example of Active Pixel Circuit)
FIG. 26 shows a first configuration example in which the unit pixel 120 is configured by an active pixel circuit. In the first active configuration example, the unit pixel 120 is provided with a photoelectric conversion element PD11, a storage node N (charge storage unit), a reset transistor Tr11, an amplification transistor Tr12, and a selection / read-out transistor Tr13. Yes. For example, two wirings, specifically, a read control signal line Read and a reset control signal line Reset are wired for each pixel row as the pixel drive line 117 for the unit pixel 120.

光電変換素子PD11は、入射光量に応じた電荷を発生させるものであり、例えばPIN型のフォトダイオードにより構成されている。PIN型のフォトダイオードは、後述の図30に示すように、p型半導体領域(p型半導体層164)と、n型半導体領域(n型半導体層171)と、p型半導体領域とn型半導体領域との間に形成された真性半導体領域(i型半導体層170)とを有するものである。光電変換素子PD11において、p型半導体領域にはアノード電極が接続され、n型半導体領域にはカソード電極が接続されている。光電変換素子PD11のカソード電極は、電源電圧VDDを供給する電源線SVDDに接続されている。光電変換素子PD11の一端(アノード電極)は、リセット用トランジスタTr11の一端(ドレイン端子)に接続されている。   The photoelectric conversion element PD11 generates an electric charge according to the amount of incident light, and is composed of, for example, a PIN type photodiode. As shown in FIG. 30 described later, the PIN photodiode includes a p-type semiconductor region (p-type semiconductor layer 164), an n-type semiconductor region (n-type semiconductor layer 171), a p-type semiconductor region, and an n-type semiconductor. And an intrinsic semiconductor region (i-type semiconductor layer 170) formed between the regions. In the photoelectric conversion element PD11, an anode electrode is connected to the p-type semiconductor region, and a cathode electrode is connected to the n-type semiconductor region. The cathode electrode of the photoelectric conversion element PD11 is connected to a power supply line SVDD that supplies a power supply voltage VDD. One end (anode electrode) of the photoelectric conversion element PD11 is connected to one end (drain terminal) of the reset transistor Tr11.

蓄積ノードNは、光電変換素子PD11の一端(アノード電極)とリセット用トランジスタTr11の一端(ドレイン端子)と増幅用トランジスタTr12のゲート端子とに接続されている。蓄積ノードNには、光電変換素子PD11によって変換された電荷が蓄積されるようになっている。蓄積ノードNの電圧値Vsは、蓄積電荷に応じて電圧変動するようになっている。   The storage node N is connected to one end (anode electrode) of the photoelectric conversion element PD11, one end (drain terminal) of the reset transistor Tr11, and the gate terminal of the amplification transistor Tr12. The storage node N stores charges converted by the photoelectric conversion element PD11. The voltage value Vs of the storage node N varies in voltage according to the stored charge.

リセット用トランジスタTr11、増幅用トランジスタTr12および選択・読み出し用トランジスタTr13はそれぞれ、例えば薄膜トランジスタ(TFT;ThinFilm Transistor)などにより構成されている。   Each of the resetting transistor Tr11, the amplifying transistor Tr12, and the selection / reading transistor Tr13 includes, for example, a thin film transistor (TFT).

リセット用トランジスタTr11のゲート端子はリセット制御信号V(Reset)を供給するリセット制御信号線Resetに接続され、ソース端子は所定の電圧(リセット電圧Vrst)の供給線SVSSに接続されている。リセット用トランジスタTr11のドレイン端子および増幅用トランジスタTr12のゲート端子は、蓄積ノードNに接続されている。増幅用トランジスタTr12のドレイン端子は、電源電圧VDDを供給する電源線SVDDに接続されている。増幅用トランジスタTr12のソース端子は、選択・読み出し用トランジスタTr13のドレイン端子に接続されている。選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子は、リード制御信号V(Read)を供給するリード制御信号線Readに接続され、ソース端子は読み出し線41に接続されている。   The gate terminal of the reset transistor Tr11 is connected to a reset control signal line Reset that supplies a reset control signal V (Reset), and the source terminal is connected to a supply line SVSS of a predetermined voltage (reset voltage Vrst). The drain terminal of the resetting transistor Tr11 and the gate terminal of the amplifying transistor Tr12 are connected to the storage node N. The drain terminal of the amplifying transistor Tr12 is connected to the power supply line SVDD that supplies the power supply voltage VDD. The source terminal of the amplifying transistor Tr12 is connected to the drain terminal of the selection / reading transistor Tr13. The selection / reading transistor Tr13 has a gate terminal connected to a read control signal line Read that supplies a read control signal V (Read), and a source terminal connected to a read line 41.

リセット用トランジスタTr11は、蓄積ノードNに所定のリセット電圧Vrstを与えることにより、蓄積ノードNの電圧値Vsを所定のリセット電圧Vrstにリセットする(蓄積ノードNの蓄積電荷を放出させる)ためのものである。本実施の形態では、図24の行走査部113およびシステム制御部116が、後述の動作タイミング例(図31、図33等)に示すように、リセット用トランジスタTr11のゲート端子に印加するリセット制御信号V(Reset)のパルス期間を制御することにより、所定のリセット電圧Vrstが1H(水平走査)期間を超える期間に亘って連続または間欠的に蓄積ノードNに与えられるようになっている。   The reset transistor Tr11 applies a predetermined reset voltage Vrst to the storage node N, thereby resetting the voltage value Vs of the storage node N to a predetermined reset voltage Vrst (to release the stored charge of the storage node N). It is. In this embodiment, the reset control applied by the row scanning unit 113 and the system control unit 116 in FIG. 24 to the gate terminal of the reset transistor Tr11 as shown in an operation timing example (FIGS. 31, 33, etc.) described later. By controlling the pulse period of the signal V (Reset), the predetermined reset voltage Vrst is applied to the storage node N continuously or intermittently over a period exceeding 1H (horizontal scanning) period.

増幅用トランジスタTr12と選択・読み出し用トランジスタTr13は、信号読み出し回路を形成し、蓄積ノードNの蓄積電荷に応じた電圧値を読み出してセンサ検出信号として出力するようになっている。センサ検出信号は、選択・読み出し用トランジスタTr3がゲート端子に印加されたリード制御信号V(Read)に応じてオンされたタイミングで、垂直信号線(読み出し線)118に出力される(読み出される)ようになっている。
増幅用トランジスタTr12と選択・読み出し用トランジスタTr13は、本発明における「読み出し手段」の一具体例に対応している。
The amplifying transistor Tr12 and the selection / reading transistor Tr13 form a signal reading circuit, and a voltage value corresponding to the accumulated charge at the accumulation node N is read and output as a sensor detection signal. The sensor detection signal is output (read) to the vertical signal line (read line) 118 at a timing when the selection / read transistor Tr3 is turned on in response to the read control signal V (Read) applied to the gate terminal. It is like that.
The amplifying transistor Tr12 and the selection / reading transistor Tr13 correspond to a specific example of “reading means” in the present invention.

垂直信号線118の一端には定電流源131が接続されている。垂直信号線118にはまた、図24の水平選択部114の入力部を構成するアンプ133が接続されている。垂直信号線118に出力された信号は、画素列ごとにアンプ33に入力される。   A constant current source 131 is connected to one end of the vertical signal line 118. The vertical signal line 118 is also connected to an amplifier 133 that constitutes an input unit of the horizontal selection unit 114 in FIG. The signal output to the vertical signal line 118 is input to the amplifier 33 for each pixel column.

(アクティブ型の画素回路の第2の構成例)
図27は、単位画素120をアクティブ型の画素回路で構成した第2の構成例を示している。この第2の構成例では、アクティブ型の第1の構成例(図26)に対して、光電変換素子PD11とリセット用トランジスタTr11との位置関係が異なっている。第1の構成例では光電変換素子PD11のアノード電極(p型半導体領域)とリセット用トランジスタTr11のドレイン端子との間に蓄積ノードNが形成されていたが、この第2の構成例では、光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)とリセット用トランジスタTr11のドレイン端子との間に蓄積ノードNが形成されている。また、リセット用トランジスタTr11のソース端子は、電源電圧VDDを供給する電源線SVDDに接続されている。光電変換素子PD11のアノード電極は、所定の電圧を供給する電源線SVSSに接続されている。
(Second Configuration Example of Active Pixel Circuit)
FIG. 27 shows a second configuration example in which the unit pixel 120 is configured by an active pixel circuit. In the second configuration example, the positional relationship between the photoelectric conversion element PD11 and the reset transistor Tr11 is different from the first active configuration example (FIG. 26). In the first configuration example, the storage node N is formed between the anode electrode (p-type semiconductor region) of the photoelectric conversion element PD11 and the drain terminal of the reset transistor Tr11. An accumulation node N is formed between the cathode electrode (n-type semiconductor region) of the conversion element PD11 and the drain terminal of the reset transistor Tr11. The source terminal of the reset transistor Tr11 is connected to the power supply line SVDD that supplies the power supply voltage VDD. The anode electrode of the photoelectric conversion element PD11 is connected to a power supply line SVSS that supplies a predetermined voltage.

(パッシブ型の画素回路の第1の構成例)
図28は、単位画素120をパッシブ型の画素回路で構成した第1の構成例を示している。このパッシブ型の第1の構成例では、単位画素120が、光電変換素子PD11、蓄積ノードN、および選択・読み出し用トランジスタTr13で構成されている。垂直信号線118には、図24の水平選択部114の入力部を構成するチャージアンプ回路が接続されている。チャージアンプ回路は、キャパシタ(フィードバック容量)191と、チャージアンプ192と、スイッチ193とからなる。
(First configuration example of passive pixel circuit)
FIG. 28 shows a first configuration example in which the unit pixel 120 is configured by a passive pixel circuit. In the first configuration example of the passive type, the unit pixel 120 includes a photoelectric conversion element PD11, a storage node N, and a selection / readout transistor Tr13. A charge amplifier circuit that constitutes an input unit of the horizontal selection unit 114 in FIG. 24 is connected to the vertical signal line 118. The charge amplifier circuit includes a capacitor (feedback capacitor) 191, a charge amplifier 192, and a switch 193.

蓄積ノードNは、光電変換素子PD11のアノード電極(p型半導体領域)と選択・読み出し用トランジスタTr13のドレイン端子との間に形成されている。光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)は、電源電圧VDDを供給する電源線SVDDに接続されている。   The storage node N is formed between the anode electrode (p-type semiconductor region) of the photoelectric conversion element PD11 and the drain terminal of the select / read transistor Tr13. The cathode electrode (n-type semiconductor region) of the photoelectric conversion element PD11 is connected to the power supply line SVDD that supplies the power supply voltage VDD.

(パッシブ型の画素回路の第2の構成例)
図29は、単位画素120をパッシブ型の画素回路で構成した第2の構成例を示している。この第2の構成例では、パッシブ型の第1の構成例(図28)に対して、蓄積ノードNと光電変換素子PD11との位置関係が異なっている。この第2の構成例では、蓄積ノードNは、光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)と選択・読み出し用トランジスタTr13のドレイン端子との間に形成されている。光電変換素子PD11のアノード電極(p型半導体領域)は、所定の電圧を供給する電源線SVSSに接続されている。
(Second configuration example of passive pixel circuit)
FIG. 29 shows a second configuration example in which the unit pixel 120 is configured by a passive pixel circuit. In the second configuration example, the positional relationship between the storage node N and the photoelectric conversion element PD11 is different from that of the passive first configuration example (FIG. 28). In the second configuration example, the storage node N is formed between the cathode electrode (n-type semiconductor region) of the photoelectric conversion element PD11 and the drain terminal of the selection / read transistor Tr13. The anode electrode (p-type semiconductor region) of the photoelectric conversion element PD11 is connected to a power supply line SVSS that supplies a predetermined voltage.

図28および図29のパッシブ型の画素回路では、図26および図27のアクティブ型の画素回路とは異なり、リセット用トランジスタTr11は設けられていない。また、リセット動作時には、リセット制御信号V(Reset)は用いられない。このパッシブ型の画素回路では、センサ検出信号の読み出し動作と蓄積ノードNの通常のリセット動作とが実質的に同時に行われる。読み出し動作は、選択・読み出し用トランジスタTr3がゲート端子に印加されたリード制御信号V(Read)に応じてオンされたタイミングで行われる。選択・読み出し用トランジスタTr3がオンされると、蓄積ノードNの蓄積電荷がチャージアンプ回路のキャパシタ191に蓄積され、その蓄積電荷に応じた信号電圧がチャージアンプ192から出力される(読み出される)。この読み出し動作に伴い、蓄積ノードNの蓄積電荷が所定のリセット電圧Vrstにリセットされる。チャージアンプ回路のスイッチ193は読み出し動作前にはオン状態にあり、読み出し動作時にはオフ状態とされる。チャージアンプ回路のキャパシタ191に蓄積された電荷は、スイッチ193をオン状態にすることでリセットされる。   In the passive pixel circuits of FIGS. 28 and 29, unlike the active pixel circuits of FIGS. 26 and 27, the reset transistor Tr11 is not provided. In the reset operation, the reset control signal V (Reset) is not used. In this passive pixel circuit, the sensor detection signal readout operation and the normal reset operation of the storage node N are performed substantially simultaneously. The read operation is performed at the timing when the selection / read transistor Tr3 is turned on according to the read control signal V (Read) applied to the gate terminal. When the selection / readout transistor Tr3 is turned on, the accumulated charge of the accumulation node N is accumulated in the capacitor 191 of the charge amplifier circuit, and a signal voltage corresponding to the accumulated charge is output (read) from the charge amplifier 192. Accompanying this read operation, the accumulated charge at the accumulation node N is reset to a predetermined reset voltage Vrst. The switch 193 of the charge amplifier circuit is in an on state before the read operation and is turned off in the read operation. The charge accumulated in the capacitor 191 of the charge amplifier circuit is reset by turning on the switch 193.

このように、パッシブ型の画素回路では、読み出し動作が通常のリセット動作を兼ねているが、選択・読み出し用トランジスタTr3を読み出し動作時と同様にオン状態にした状態で、チャージアンプ回路のスイッチ193をオン状態にすることで別途、追加のリセット動作を間欠的に行うことができる。本実施の形態では、図24の行走査部113およびシステム制御部116が、後述の動作タイミング例(図32、図34等)に示すような動作タイミングとなるように制御することにより、パッシブ型の画素回路であっても所定のリセット電圧Vrstが1H(水平走査)期間を超える期間に亘って間欠的に蓄積ノードNに与えられるようになっている。   As described above, in the passive pixel circuit, the read operation also serves as a normal reset operation. However, the switch 193 of the charge amplifier circuit is turned on in a state where the selection / read transistor Tr3 is turned on as in the read operation. An additional reset operation can be intermittently performed separately by turning on the. In the present embodiment, the row scanning unit 113 and the system control unit 116 in FIG. 24 control the operation timings as shown in the operation timing examples (FIG. 32, FIG. 34, etc.) described later, so that the passive type In this pixel circuit, the predetermined reset voltage Vrst is intermittently applied to the storage node N over a period exceeding 1H (horizontal scanning) period.

なお、上記した例に限らず、パッシブ型の画素回路において、例えば垂直信号線118にリセット用の切り換えスイッチを別途設け、その切り換えスイッチの切り換え動作によってリセット動作を行うようにしても良い。   Note that the present invention is not limited to the above example. In a passive pixel circuit, for example, a reset changeover switch may be separately provided on the vertical signal line 118, and the reset operation may be performed by the changeover operation of the changeover switch.

[画素の断面構造]
図4は光電変換装置102の要部(単位画素120)の断面構造を表すものである。ここでは、単位画素120が、アクティブ型の第1の構成例(図26)である場合を例に挙げて説明する。
[Cross-sectional structure of pixel]
FIG. 4 illustrates a cross-sectional structure of a main part (unit pixel 120) of the photoelectric conversion device 102. Here, a case where the unit pixel 120 is the first active configuration example (FIG. 26) will be described as an example.

この光電変換装置102では、ガラス基板などの絶縁性基板161上に、Ti、Al、Mo、W、Cr等からなるゲート電極162が形成され、このゲート電極162上にはSiNx、SiO2等からなるゲート絶縁膜163が形成されている。ゲート絶縁膜163の上には、PIN型のフォトダイオード(光電変換素子PD11)を構成する例えばp型半導体層(p+領域)164(第1半導体層)が形成されている。 In this photoelectric conversion device 102, a gate electrode 162 made of Ti, Al, Mo, W, Cr, or the like is formed on an insulating substrate 161 such as a glass substrate, and SiNx, SiO 2 or the like is formed on the gate electrode 162. A gate insulating film 163 is formed. On the gate insulating film 163, for example, a p-type semiconductor layer (p + region) 164 (first semiconductor layer) constituting a PIN type photodiode (photoelectric conversion element PD11) is formed.

p型半導体層164は、光電変換素子PD11で光電変換された信号電荷を読み出すための下部電極を兼ねている。ゲート絶縁膜163上にはさらに、増幅用トランジスタTr12等の画素トランジスタの半導体層165が形成されている。半導体層165には、リーク電流を低減するためにチャネル領域とドレイン・ソース領域との間にLDD(Lightly Doped Drain)165a,165bが設けられている。半導体層165は例えば微結晶シリコンあるいは多結晶シリコンにより構成されている。   The p-type semiconductor layer 164 also serves as a lower electrode for reading out signal charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD11. A semiconductor layer 165 of a pixel transistor such as the amplifying transistor Tr12 is further formed on the gate insulating film 163. In the semiconductor layer 165, LDDs (Lightly Doped Drain) 165a and 165b are provided between the channel region and the drain / source region in order to reduce leakage current. The semiconductor layer 165 is made of, for example, microcrystalline silicon or polycrystalline silicon.

p型半導体層164および画素トランジスタの半導体層165の上にはSiNx、SiO2等からなる第1層間絶縁膜166が設けられている。第1層間絶縁膜166の上部には、読出し用の信号線や各種の配線を含む配線層167がTi、Al、Mo、W、Cr等によって形成されている。配線層167の上にはSiNx,SiO2、有機絶縁膜等からなる第2の層間絶縁膜168が設けられている。 A first interlayer insulating film 166 made of SiNx, SiO 2 or the like is provided on the p-type semiconductor layer 164 and the semiconductor layer 165 of the pixel transistor. On the first interlayer insulating film 166, a wiring layer 167 including a signal line for reading and various wirings is formed of Ti, Al, Mo, W, Cr, or the like. On the wiring layer 167, a second interlayer insulating film 168 made of SiNx, SiO 2 , an organic insulating film or the like is provided.

第1,第2層間絶縁膜166,168からなる絶縁層には、コンタクトホール169が形成されている。第2層間絶縁膜168の上にはp型とn型の間の導電型からなる第3半導体層(i型半導体層170)が形成されている。このi型半導体層170の面積はコンタクトホール169の上部側の開口面積よりも大きくなっている。i型半導体層170はp型半導体層164とコンタクトホール169を介して接している。   A contact hole 169 is formed in the insulating layer composed of the first and second interlayer insulating films 166 and 168. On the second interlayer insulating film 168, a third semiconductor layer (i-type semiconductor layer 170) having a conductivity type between p-type and n-type is formed. The area of the i-type semiconductor layer 170 is larger than the opening area on the upper side of the contact hole 169. The i-type semiconductor layer 170 is in contact with the p-type semiconductor layer 164 through a contact hole 169.

i型半導体層170の上には、このi型半導体層170とほぼ同一形状の第2半導体層(例えばn型半導体層(n+領域)171)が積層されている。これらp型半導体層164(第1半導体層)、i型半導体層170(第3半導体層)およびn型半導体層171(第2半導体層)により光電変換素子PD11(PIN型のフォトダイオード)が構成されている。
このように、上記第1の実施の形態では面内方向(水平方向)にPIN構造が形成された光電変換素子PD1(図6参照)の例を挙げたが、本実施の形態では、光電変換素子PD11は、積層方向(光の入射方向に対して垂直方向)にPIN構造が形成されている。
On the i-type semiconductor layer 170, a second semiconductor layer (for example, an n-type semiconductor layer (n + region) 171) having substantially the same shape as the i-type semiconductor layer 170 is stacked. The p-type semiconductor layer 164 (first semiconductor layer), the i-type semiconductor layer 170 (third semiconductor layer), and the n-type semiconductor layer 171 (second semiconductor layer) constitute a photoelectric conversion element PD11 (PIN type photodiode). Has been.
As described above, in the first embodiment, the example of the photoelectric conversion element PD1 (see FIG. 6) in which the PIN structure is formed in the in-plane direction (horizontal direction) has been described. However, in the present embodiment, the photoelectric conversion is performed. The element PD11 has a PIN structure formed in the stacking direction (perpendicular to the light incident direction).

この光電変換素子PD11において、各半導体層164,170,171はアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどで形成することができる。これらのシリコンに、ゲルマニウムや炭素などの材料を導入して、分光感度を変えるようにしてもよい。光電変換素子PD11としては、下部側をn型、上部側をp型にするような逆向きの構成でも構わない。   In the photoelectric conversion element PD11, the semiconductor layers 164, 170, and 171 can be formed of amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, or the like. Spectral sensitivity may be changed by introducing a material such as germanium or carbon into these silicon. The photoelectric conversion element PD11 may have a reverse configuration in which the lower side is n-type and the upper side is p-type.

n型半導体層171の上には、光電変換素子PD11に対して規定の電圧を印加するための上部電極172がITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜によって形成されている。上部電極172の上には、この上部電極172に電圧を供給するための電源配線173が設けられている。電源配線173は上部電極172の透明導電膜よりも低抵抗の材料、即ちTi、Al、Mo、W、Cr等によって構成されている。この電源配線173は、例えば単位画素120を囲むようにメッシュ状に画素部112の全面に亘って形成される。この上部電極172上には更に、SiN等からなる保護膜(図示せず)が形成されていてもよい。   On the n-type semiconductor layer 171, an upper electrode 172 for applying a prescribed voltage to the photoelectric conversion element PD11 is formed of a transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide). A power supply wiring 173 for supplying a voltage to the upper electrode 172 is provided on the upper electrode 172. The power supply wiring 173 is made of a material having a lower resistance than the transparent conductive film of the upper electrode 172, that is, Ti, Al, Mo, W, Cr, or the like. The power supply wiring 173 is formed over the entire surface of the pixel portion 112 in a mesh shape so as to surround the unit pixel 120, for example. A protective film (not shown) made of SiN or the like may be further formed on the upper electrode 172.

[読み出し動作、リセット動作のタイミング例]
(アクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の例)
図31は、図26および図27に示したアクティブ型の画素回路を適用した光電変換装置102の撮像動作のタイミングの第1の例を示している。また、図33は、図31に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートを示している。図31の上部に示した上方から下方に延びる矢印は、光電変換装置102の動作タイミングを模式的に示している。横方向は時間、縦方向は画素部112(図24)の走査ラインに相当する。図31では、上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて線順次で読み出し動作(走査)を行う例を示している。図31において「Read」は読み出し動作を行うことを表し、「Reset」は通常(1回目)のリセット動作を行うことを表す。「Ex−Reset」は1フレーム期間内で追加(2回目)のリセット動作を行うことを表す。「X−ray」は、画素部112に放射線(例えばX線)が照射される撮像期間(露光期間)を表す。
[Timing example of read operation and reset operation]
(First example of operation timing applied to an active pixel circuit)
FIG. 31 illustrates a first example of the imaging operation timing of the photoelectric conversion device 102 to which the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27 is applied. FIG. 33 shows a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. The arrow extending downward from above shown in the upper part of FIG. 31 schematically shows the operation timing of the photoelectric conversion device 102. The horizontal direction corresponds to time, and the vertical direction corresponds to the scanning line of the pixel portion 112 (FIG. 24). FIG. 31 shows an example in which a reading operation (scanning) is performed in a line sequential manner from the upper horizontal line to the lower horizontal line. In FIG. 31, “Read” indicates that a read operation is performed, and “Reset” indicates that a normal (first) reset operation is performed. “Ex-Reset” represents performing an additional (second) reset operation within one frame period. “X-ray” represents an imaging period (exposure period) during which the pixel unit 112 is irradiated with radiation (for example, X-rays).

図31に示したように、上ラインから下ラインまで順次、読み出し動作を行いつつ、所定期間を空けて通常(1回目)のリセット動作を上ラインから下ラインまで順次、行う。次いで、所定期間を空けて追加(2回目)のリセット動作を上ラインから下ラインまで順次、行う。これらを1フレーム期間内に行う。読み出し動作は、選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子にリード制御信号V(Read)が印加されたタイミングで行われる。リセット動作は、リセット用トランジスタTr11のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)が印加されたタイミングで行われる。   As shown in FIG. 31, while performing the read operation sequentially from the upper line to the lower line, the normal (first) reset operation is sequentially performed from the upper line to the lower line after a predetermined period. Next, an additional (second) reset operation is sequentially performed from the upper line to the lower line after a predetermined period. These are performed within one frame period. The read operation is performed at the timing when the read control signal V (Read) is applied to the gate terminal of the selection / read transistor Tr13. The reset operation is performed at the timing when the reset control signal V (Reset) is applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11.

図33には、リセット用トランジスタTr11のゲート端子に印加されるリセット制御信号V(Reset)の印加タイミングと、選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子に印加されるリード制御信号V(Read)の印加タイミングとを、それぞれ6水平ライン分、示している。例えば最も上側の第1水平ライン上のリセット用トランジスタTr11のゲート端子に印加されるリセット制御信号V(Reset)をV(Reset1)とし、次の下側の第2水平ライン上のリセット用トランジスタTr11のゲート端子に印加されるリセット制御信号V(Reset)をV(Reset2)としている。図31および図33の動作タイミング例では、1フレーム期間内で、読み出し動作後に2回のリセット動作が行われる。これにより、リセット用トランジスタTr11のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)として、1H(水平走査)期間を超える期間内に2つの間欠的な電圧パルス信号が印加されるようにしている。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って間欠的に蓄積ノードNに与えられるようにしている。   FIG. 33 shows the application timing of the reset control signal V (Reset) applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11 and the application of the read control signal V (Read) applied to the gate terminal of the selection / read transistor Tr13. The timing is shown for 6 horizontal lines each. For example, the reset control signal V (Reset) applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11 on the uppermost first horizontal line is V (Reset1), and the reset transistor Tr11 on the next lower second horizontal line is set. The reset control signal V (Reset) applied to the gate terminal of V is set to V (Reset2). In the operation timing examples of FIGS. 31 and 33, two reset operations are performed after the read operation within one frame period. Thus, two intermittent voltage pulse signals are applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11 as a reset control signal V (Reset) within a period exceeding 1H (horizontal scanning) period. Thus, the predetermined reset voltage Vrst is intermittently supplied to the storage node N over a period exceeding 1H period.

なお、図31では、1フレーム期間内で2回のリセット動作を行う例を示しているが、読み出し動作後に、1フレーム期間内で3回以上のリセット動作を行うようにしても良い。   FIG. 31 shows an example in which the reset operation is performed twice within one frame period. However, the reset operation may be performed three times or more within one frame period after the read operation.

(パッシブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の例)
図32は、図28および図29に示したパッシブ型の画素回路を適用した光電変換装置102の撮像動作のタイミングの第1の例を示している。また、図34は、図32に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートを示している。図32の例では図31の例と同様、上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて線順次で読み出し動作(走査)を行う例を示している。図31の例と同様、図32において「Read」は読み出し動作を行うことを表し、「Reset」は通常(1回目)のリセット動作を行うことを表す。「Ex−Reset」は1フレーム期間内で追加(2回目)のリセット動作を行うことを表す。「X−ray」は、画素部112に放射線(例えばX線)が照射される撮像期間(露光期間)を表す。なお、上述したようにパッシブ型の画素回路では、読み出し動作が通常のリセット動作を兼ねているので、読み出し動作と1回目のリセット動作とを同じタイミングとして示している。
(First example of operation timing applied to a passive pixel circuit)
FIG. 32 illustrates a first example of the timing of the imaging operation of the photoelectric conversion device 102 to which the passive pixel circuit illustrated in FIGS. 28 and 29 is applied. FIG. 34 shows a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. In the example of FIG. 32, as in the example of FIG. 31, an example is shown in which the reading operation (scanning) is performed in a line sequential manner from the upper horizontal line to the lower horizontal line. As in the example of FIG. 31, “Read” in FIG. 32 indicates that a read operation is performed, and “Reset” indicates that a normal (first) reset operation is performed. “Ex-Reset” represents performing an additional (second) reset operation within one frame period. “X-ray” represents an imaging period (exposure period) during which the pixel unit 112 is irradiated with radiation (for example, X-rays). Note that in the passive pixel circuit as described above, the read operation also serves as a normal reset operation, and thus the read operation and the first reset operation are shown as the same timing.

図32に示したように、上ラインから下ラインまで順次、読み出し動作を行う。このとき、同時に通常(1回目)のリセット動作が上ラインから下ラインまで順次、行われる。次いで、所定期間を空けて追加(2回目)のリセット動作を上ラインから下ラインまで順次、行う。これらを1フレーム期間内に行う。読み出し動作は、上述したように、例えば選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子にリード制御信号V(Read)をオン状態にし、チャージアンプ回路のスイッチ193をオフ状態にすることで行われる。追加のリセット動作は、例えば、選択・読み出し用トランジスタTr3を読み出し動作時と同様にオン状態にした状態で、チャージアンプ回路のスイッチ193をオン状態にすることで行われる。   As shown in FIG. 32, the read operation is sequentially performed from the upper line to the lower line. At this time, the normal (first time) reset operation is performed sequentially from the upper line to the lower line. Next, an additional (second) reset operation is sequentially performed from the upper line to the lower line after a predetermined period. These are performed within one frame period. As described above, the read operation is performed, for example, by turning on the read control signal V (Read) at the gate terminal of the select / read transistor Tr13 and turning off the switch 193 of the charge amplifier circuit. The additional reset operation is performed, for example, by turning on the switch 193 of the charge amplifier circuit while the selection / reading transistor Tr3 is turned on as in the read operation.

図34には、選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子に印加されるリード制御信号V(Read)の印加タイミングを6水平ライン分、示している。図32および図34の動作タイミング例では、1フレーム期間内で、読み出し動作後に2回のリセット動作が行われる。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って間欠的に蓄積ノードNに与えられるようにしている。   FIG. 34 shows the application timing of the read control signal V (Read) applied to the gate terminal of the selection / readout transistor Tr13 for six horizontal lines. 32 and FIG. 34, the reset operation is performed twice after the read operation within one frame period. Thus, the predetermined reset voltage Vrst is intermittently supplied to the storage node N over a period exceeding 1H period.

なお、図32では、1フレーム期間内で2回のリセット動作を行う例を示しているが、読み出し動作後に、1フレーム期間内で3回以上のリセット動作を行うようにしても良い。   Note that although FIG. 32 shows an example in which the reset operation is performed twice within one frame period, the reset operation may be performed three or more times within one frame period after the read operation.

(アクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第2の例)
図35は、図26および図27に示したアクティブ型の画素回路を適用した光電変換装置102の撮像動作のタイミングの第2の例を示している。また、図36は、図35に示した動作タイミングに対応するタイミングチャートを示している。図35の例では図31の例と同様、上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて線順次で読み出し動作(走査)を行う例を示している。図31の例と同様、図32において「Read」は読み出し動作を行うことを表し、「Reset」はリセット動作を行うことを表す。「X−ray」は、画素部112に放射線(例えばX線)が照射される撮像期間(露光期間)を表す。
(Second example of operation timing applied to an active pixel circuit)
FIG. 35 illustrates a second example of the imaging operation timing of the photoelectric conversion device 102 to which the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27 is applied. FIG. 36 shows a timing chart corresponding to the operation timing shown in FIG. In the example of FIG. 35, as in the example of FIG. 31, a read operation (scanning) is performed in a line sequential manner from the upper horizontal line to the lower horizontal line. As in the example of FIG. 31, “Read” in FIG. 32 indicates that a read operation is performed, and “Reset” indicates that a reset operation is performed. “X-ray” represents an imaging period (exposure period) during which the pixel unit 112 is irradiated with radiation (for example, X-rays).

図35に示したように、上ラインから下ラインまで順次、読み出し動作を行いつつ、所定期間を空けてリセット動作を上ラインから下ラインまで順次、行う。図36には、リセット用トランジスタTr11のゲート端子に印加されるリセット制御信号V(Reset)の印加タイミングと、選択・読み出し用トランジスタTr13のゲート端子に印加されるリード制御信号V(Read)の印加タイミングとを、図33の例と同様、それぞれ6水平ライン分、示している。図35および図36の動作タイミング例では、1フレーム期間内で、読み出し動作後に1回のみリセット動作が行われる。そして、この1回のリセット動作によって、リセット用トランジスタTr11のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)として、1H(水平走査)期間を超える連続的な電圧パルス信号が印加されるようにしている。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って連続的に蓄積ノードNに与えられるようにしている。   As shown in FIG. 35, the read operation is sequentially performed from the upper line to the lower line, and the reset operation is sequentially performed from the upper line to the lower line after a predetermined period. 36 shows the application timing of the reset control signal V (Reset) applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11 and the application of the read control signal V (Read) applied to the gate terminal of the selection / read transistor Tr13. The timing is shown for 6 horizontal lines, as in the example of FIG. 35 and 36, the reset operation is performed only once after the read operation within one frame period. With this one reset operation, a continuous voltage pulse signal exceeding the 1H (horizontal scanning) period is applied as the reset control signal V (Reset) to the gate terminal of the reset transistor Tr11. Thus, the predetermined reset voltage Vrst is continuously applied to the storage node N over a period exceeding 1H period.

(アクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第3の例)
図37は、図26および図27に示したアクティブ型の画素回路を適用した光電変換装置102の撮像動作のタイミングの第3の例を示している。図36の例では図31の例と同様、上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて線順次で読み出し動作(走査)を行う例を示している。図31の例と同様、図32において「Read」は読み出し動作を行うことを表し、「Reset」は通常(1回目)のリセット動作を行うことを表す。「Ex−Reset」は1フレーム期間内で追加(2回目)のリセット動作を行うことを表す。「X−ray」は、画素部112に放射線(例えばX線)が照射される撮像期間(露光期間)を表す。これにより、図31および図33の動作タイミング例と同様に、1フレーム期間内で、読み出し動作後に2回のリセット動作が行われる。これにより、リセット用トランジスタTr11のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)として、1H(水平走査)期間を超える期間内に2つの間欠的な電圧パルス信号が印加されるようにしている。これにより、所定のリセット電圧Vrstが1H期間を超える期間に亘って間欠的に蓄積ノードNに与えられるようにしている。
(Third example of operation timing applied to an active pixel circuit)
FIG. 37 illustrates a third example of the timing of the imaging operation of the photoelectric conversion device 102 to which the active pixel circuit illustrated in FIGS. 26 and 27 is applied. The example of FIG. 36 shows an example in which the reading operation (scanning) is performed in a line sequential manner from the upper horizontal line to the lower horizontal line, as in the example of FIG. As in the example of FIG. 31, “Read” in FIG. 32 indicates that a read operation is performed, and “Reset” indicates that a normal (first) reset operation is performed. “Ex-Reset” represents performing an additional (second) reset operation within one frame period. “X-ray” represents an imaging period (exposure period) during which the pixel unit 112 is irradiated with radiation (for example, X-rays). As a result, as in the operation timing examples of FIGS. 31 and 33, two reset operations are performed after the read operation within one frame period. Thus, two intermittent voltage pulse signals are applied to the gate terminal of the reset transistor Tr11 as a reset control signal V (Reset) within a period exceeding 1H (horizontal scanning) period. Thus, the predetermined reset voltage Vrst is intermittently supplied to the storage node N over a period exceeding 1H period.

図37に示したように、上ラインから下ラインまで順次、読み出し動作を行いつつ、所定期間を空けて通常(1回目)のリセット動作を上ラインから下ラインまで行う。次いで、所定期間を空けて追加(2回目)のリセット動作を行う。ここで、図31の例では2回目のリセット動作を上ラインから下ラインまで線順次で行うようにしていたが、図37の例では、全画素分、一括してリセット動作を行うようにしている。このときのリセット動作は、全画素分のリセット用トランジスタTr11のゲート端子にリセット制御信号V(Reset)を印加することで行われる。   As shown in FIG. 37, while performing a read operation sequentially from the upper line to the lower line, a normal (first) reset operation is performed from the upper line to the lower line after a predetermined period. Next, an additional (second) reset operation is performed after a predetermined period. Here, in the example of FIG. 31, the second reset operation is performed line-sequentially from the upper line to the lower line, but in the example of FIG. 37, the reset operation is performed collectively for all pixels. Yes. The reset operation at this time is performed by applying a reset control signal V (Reset) to the gate terminals of the reset transistors Tr11 for all pixels.

(パッシブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第2の例)
図38は、図28および図29に示したパッシブ型の画素回路を適用した光電変換装置102の撮像動作のタイミングの第2の例を示している。図38の例では図31の例と同様、上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて線順次で読み出し動作(走査)を行う例を示している。図31の例と同様、図38において「Read」は読み出し動作を行うことを表し、「Reset」は通常(1回目)のリセット動作を行うことを表す。「Ex−Reset」は1フレーム期間内で追加(2回目)のリセット動作を行うことを表す。「X−ray」は、画素部112に放射線(例えばX線)が照射される撮像期間(露光期間)を表す。なお、上述したようにパッシブ型の画素回路では、読み出し動作が通常のリセット動作を兼ねているので、読み出し動作と1回目のリセット動作とを同じタイミングとして示している。
(Second example of operation timing applied to passive pixel circuit)
FIG. 38 illustrates a second example of the imaging operation timing of the photoelectric conversion device 102 to which the passive pixel circuit illustrated in FIGS. 28 and 29 is applied. The example of FIG. 38 shows an example in which the reading operation (scanning) is performed in a line sequential manner from the upper horizontal line to the lower horizontal line, as in the example of FIG. As in the example of FIG. 31, “Read” in FIG. 38 indicates that a read operation is performed, and “Reset” indicates that a normal (first) reset operation is performed. “Ex-Reset” represents performing an additional (second) reset operation within one frame period. “X-ray” represents an imaging period (exposure period) during which the pixel unit 112 is irradiated with radiation (for example, X-rays). Note that in the passive pixel circuit as described above, the read operation also serves as a normal reset operation, and thus the read operation and the first reset operation are shown as the same timing.

図38に示したように、上ラインから下ラインまで順次、読み出し動作を行う。このとき、同時に通常(1回目)のリセット動作が上ラインから下ラインまで順次、行われる。次いで、所定期間を空けて追加(2回目)のリセット動作を行う。ここで、図32の例では2回目のリセット動作を上ラインから下ラインまで線順次で行うようにしていたが、図38の例では、全画素分、一括してリセット動作を行うようにしている。このときのリセット動作は、全画素分について、例えば、選択・読み出し用トランジスタTr3を読み出し動作時と同様にオン状態にした状態で、チャージアンプ回路のスイッチ193をオン状態にすることで行われる。   As shown in FIG. 38, the read operation is sequentially performed from the upper line to the lower line. At this time, the normal (first time) reset operation is performed sequentially from the upper line to the lower line. Next, an additional (second) reset operation is performed after a predetermined period. Here, in the example of FIG. 32, the second reset operation is performed line-sequentially from the upper line to the lower line, but in the example of FIG. 38, the reset operation is performed collectively for all pixels. Yes. For example, the reset operation at this time is performed by turning on the switch 193 of the charge amplifier circuit in a state where the selection / readout transistor Tr3 is turned on as in the read operation, for all pixels.

[リセット期間の長さと残像(残電圧)との関係]
次に、放射線撮像装置におけるリセット期間の長さ(所定のリセット電圧Vrstを蓄積ノードNに与える期間)と残像(残電圧)との関係について考察する。
[Relationship between reset period length and afterimage (residual voltage)]
Next, the relationship between the length of the reset period (period in which the predetermined reset voltage Vrst is applied to the storage node N) and the afterimage (residual voltage) in the radiation imaging apparatus will be considered.

図39は、アクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の比較例を示している。この第1の比較例は、図31に示した動作タイミング例に対して2回目のリセット動作を省略したものである。図40は、アクティブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第2の比較例を示している。この第2の比較例では、図39の第1の比較例に対して、読み出し動作が上ラインから下ラインまで全て完了した後に、リセット動作を行う例を示している。   FIG. 39 shows a first comparative example of operation timing applied to an active pixel circuit. In the first comparative example, the second reset operation is omitted from the operation timing example shown in FIG. FIG. 40 shows a second comparative example of the operation timing applied to the active pixel circuit. This second comparative example shows an example in which the reset operation is performed after the read operation is completed from the upper line to the lower line as compared with the first comparative example of FIG.

図41は、パッシブ型の画素回路に適用される動作タイミングの第1の比較例を示している。このパッシブ型の画素回路に適用される第1の比較例は、図32に示した動作タイミング例に対して2回目のリセット動作を省略したものである。   FIG. 41 illustrates a first comparative example of operation timing applied to a passive pixel circuit. In the first comparative example applied to the passive pixel circuit, the second reset operation is omitted from the operation timing example shown in FIG.

(比較例の動作タイミングでの残電圧の測定結果)
これらの比較例の動作タイミングで放射線撮像装置を動作させた場合、リセット動作を行った後であっても、各画素からの出力電圧に残像(残電圧)が発生する。図45〜図48は、その残電圧を測定した結果を示している。
(Measurement result of residual voltage at operation timing of comparative example)
When the radiation imaging apparatus is operated at the operation timing of these comparative examples, an afterimage (residual voltage) is generated in the output voltage from each pixel even after the reset operation is performed. 45 to 48 show the results of measuring the residual voltage.

図42および図44は、その残電圧の測定に用いた動作タイミングを示している。図42は、アクティブ型の画素回路の特性検証用の動作タイミングを示している。基本的な動作タイミングは図39の比較例と同様であるが、残電圧を測定するために、図42および図44(A)に示したように10フレームの最初のフレームのみ測定用光源(LED)からの光照射(発光、露光動作)を行い、残りのフレームでは光照射が行われない非発光状態としている。リセット動作は、図42および図44(B)に示したように各フレームごとに行っている。なお、図45〜図48では、アクティブ型の画素回路の測定結果を示すが、パッシブ型の画素回路についても同様の測定結果が得られる。図43は、パッシブ型の画素回路の特性検証用の動作タイミングを示している。   42 and 44 show the operation timing used for measuring the residual voltage. FIG. 42 shows operation timings for verifying the characteristics of the active pixel circuit. The basic operation timing is the same as that of the comparative example of FIG. 39. However, in order to measure the residual voltage, only the first frame of 10 frames is measured as shown in FIGS. 42 and 44A. ) (Light emission, exposure operation) is performed, and the remaining frames are in a non-light emitting state in which no light irradiation is performed. The reset operation is performed for each frame as shown in FIG. 42 and FIG. 45 to 48 show the measurement results of the active pixel circuit, the same measurement results can be obtained for the passive pixel circuit. FIG. 43 shows operation timings for verifying the characteristics of the passive pixel circuit.

図45は、アクティブ型の画素回路の出力電圧を直接的に測定した結果を示す。この測定結果は、放射線撮像装置を構成する周辺回路を含めずに、画素回路の出力電圧を直接的に測定した結果である。縦軸は、残電圧の割合を示す。横軸はフレーム数に対応する経過時間を示すが、光照射を行ったフレームを基準にして、次のフレームを1番目のフレームとしている。図45では、測定用光源の発光量(光強度)を4段階に変えて測定した。4段階とは、光電変換素子PD11が飽和状態になるような強い光強度の場合と、中間的な光強度の場合と、光強度が弱い場合と、光強度がさらに弱い場合(弱弱)とを示す。この測定では、ノイズの影響による乱れが測定されているが、実質的に、光強度の違いによる残電圧の依存性はほとんど観測されなかった。   FIG. 45 shows the result of directly measuring the output voltage of the active pixel circuit. This measurement result is a result of directly measuring the output voltage of the pixel circuit without including the peripheral circuits constituting the radiation imaging apparatus. The vertical axis shows the ratio of the remaining voltage. The horizontal axis indicates the elapsed time corresponding to the number of frames, and the next frame is set as the first frame with reference to the frame irradiated with light. In FIG. 45, measurement was performed by changing the light emission amount (light intensity) of the measurement light source in four stages. The four stages are a case where the light intensity is such that the photoelectric conversion element PD11 is saturated, a case where the light intensity is intermediate, a case where the light intensity is weak, and a case where the light intensity is further weak (weak). Indicates. In this measurement, disturbance due to the influence of noise was measured, but substantially no dependency of the residual voltage due to the difference in light intensity was observed.

図46は、図27に示したアクティブ型の画素回路の第2の構成例(蓄積ノードNが光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)側の構成例)において画素回路単体での出力電圧をアンプ133を通した後に測定した結果を示す特性図である。また、図47は、図26に示したアクティブ型の画素回路の第1の構成例(蓄積ノードNが光電変換素子PD11のアノード電極(p型半導体領域)側の構成例)において画素回路単体での出力電圧をアンプ133を通した後に測定した結果を示す特性図である。図45の測定結果は画素回路が放射線撮像装置に組み込まれた状態での測定結果であるが、図46および図47の測定結果は放射線撮像装置に組み込まれていない、画素回路単体(センサ素子単体)での測定結果である。図46(A),図47(A)では測定用光源の発光タイミングと、リセット制御信号V(Reset)の印加タイミングと、出力電圧とを同時に示す。図46(B),図47(B)は図46(A),図47(A)における出力電圧の波形部分を拡大したものである。図46(C),図47(C)はさらに、図46(B),図47(B)の出力電圧の波形部分を部分的に拡大したものである。図46,図47の測定結果から、光照射を行った後、1回目のリセット動作を行ったタイミングで一時的に所定のリセット電圧にリセットされる。しかしながら、その後、所定のリセット電圧が維持されずに、複数フレームに亘って波形に劣化(Decay)が生じてしまっている。この傾向は、蓄積ノードNが光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)側にあるかアノード電極(p型半導体領域)側にあるかに関わらず生じている。   46 shows an output of a single pixel circuit in the second configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. 27 (configuration example where the storage node N is on the cathode electrode (n-type semiconductor region) side of the photoelectric conversion element PD11). It is a characteristic view showing the result of having measured the voltage after passing through the amplifier 133. FIG. 47 shows a pixel circuit alone in the first configuration example (configuration example where the storage node N is on the anode electrode (p-type semiconductor region) side of the photoelectric conversion element PD11) of the active pixel circuit shown in FIG. It is a characteristic view which shows the result of having measured the output voltage after passing through the amplifier 133. The measurement results in FIG. 45 are measurement results in a state where the pixel circuit is incorporated in the radiation imaging apparatus, but the measurement results in FIGS. 46 and 47 are not incorporated in the radiation imaging apparatus. ). 46A and 47A simultaneously show the light emission timing of the measurement light source, the application timing of the reset control signal V (Reset), and the output voltage. 46B and 47B are enlarged views of the waveform portion of the output voltage in FIGS. 46A and 47A. 46C and 47C are further enlarged views of the waveform portion of the output voltage in FIGS. 46B and 47B. From the measurement results of FIGS. 46 and 47, after the light irradiation, the reset voltage is temporarily reset to a predetermined reset voltage at the timing when the first reset operation is performed. However, after that, the predetermined reset voltage is not maintained, and the waveform is deteriorated (decay) over a plurality of frames. This tendency occurs regardless of whether the storage node N is on the cathode electrode (n-type semiconductor region) side or the anode electrode (p-type semiconductor region) side of the photoelectric conversion element PD11.

図48(A)はアクティブ型の画素回路の第2の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプ133を通さずに直接的に検証した結果を示している。図48(B)はアクティブ型の画素回路の第1の構成例において画素回路単体での出力電圧をアンプ133を通さずに直接的に検証した結果を示している。図48(A),(B)において縦軸は残電圧の割合を示す。横軸はフレーム数に対応する経過時間を示すが、光照射を行ったフレームを基準にして、次のフレームを1番目のフレームとしている。図48(A),(B)は、図46および図47の測定結果と同様、放射線撮像装置に組み込まれていない、画素回路単体(センサ素子単体)での測定結果である。図48(A),(B)はではそれぞれ、複数の測定結果を同時に示しているが、それらは素子の製造条件の違いである。図48(A),(B)の測定結果から、光照射を行った後、2フレーム期間後ぐらいまでは残電圧の割合が比較的多く観測される。この傾向は、蓄積ノードNが光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)側(図48(A))にあるかアノード電極(p型半導体領域)側(図48(B))にあるかに関わらず生じている。   FIG. 48A shows the result of directly verifying the output voltage of the pixel circuit alone without passing through the amplifier 133 in the second configuration example of the active pixel circuit. FIG. 48B shows the result of directly verifying the output voltage of the pixel circuit alone in the first configuration example of the active pixel circuit without passing through the amplifier 133. In FIGS. 48A and 48B, the vertical axis indicates the ratio of the remaining voltage. The horizontal axis indicates the elapsed time corresponding to the number of frames, and the next frame is set as the first frame with reference to the frame irradiated with light. 48A and 48B are measurement results of a pixel circuit alone (sensor element alone) that is not incorporated in the radiation imaging apparatus, similarly to the measurement results of FIGS. 46 and 47. In FIGS. 48A and 48B, a plurality of measurement results are shown at the same time, which are differences in the manufacturing conditions of the element. From the measurement results of FIGS. 48A and 48B, a relatively large proportion of the residual voltage is observed until after about 2 frames after the light irradiation. This tendency is that the storage node N is on the cathode electrode (n-type semiconductor region) side (FIG. 48A) or the anode electrode (p-type semiconductor region) side (FIG. 48B) of the photoelectric conversion element PD11. It occurs regardless of whether or not.

(リセット動作を変えた場合の残電圧の測定結果)
以上の測定結果は、測定用光源(LED)からの光照射の発光タイミングとリセット動作のタイミング(リセット制御信号V(Reset)の印加タイミング)とが図49(A),(B)(図44(A),(B))に示したタイミングで行われたものであるが、これに対して図49(C)に示したように、リセット動作を行うタイミング(リセット間隔)を変えた場合の残電圧を測定した。その結果を図50に示す。1回のリセット動作の期間自体は図49(B)と同じである(4μsec)。図50において横軸は、放射線撮像装置の撮像動作におけるH(水平走査)期間を単位としたリセット間隔の時間を示す。ここでは1H(水平走査)期間=6μsecである。また、図50では、図27に示したアクティブ型の画素回路の第2の構成例(蓄積ノードNが光電変換素子PD11のカソード電極(n型半導体領域)側にある場合の構成例)での測定結果を示す。図50の結果から分かるようにリセット間隔を変えただけでは残電圧の特性に大きな変化は現れない。
(Measurement result of residual voltage when reset operation is changed)
The above measurement results show that the light emission timing of light irradiation from the measurement light source (LED) and the reset operation timing (application timing of the reset control signal V (Reset)) are as shown in FIGS. (A), (B)) is performed at the timing shown in FIG. 49C, but as shown in FIG. 49 (C), the reset operation timing (reset interval) is changed. The residual voltage was measured. The result is shown in FIG. The period of one reset operation itself is the same as that in FIG. 49B (4 μsec). In FIG. 50, the horizontal axis indicates the reset interval time in units of H (horizontal scanning) periods in the imaging operation of the radiation imaging apparatus. Here, 1H (horizontal scanning) period = 6 μsec. 50, in the second configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. 27 (configuration example when the storage node N is on the cathode electrode (n-type semiconductor region) side of the photoelectric conversion element PD11). The measurement results are shown. As can be seen from the results of FIG. 50, a large change in the residual voltage characteristics does not appear only by changing the reset interval.

また、図49(D)に示したように、1フレーム期間内で間欠的に2回、リセット動作を行った場合の残電圧を測定した。その結果を図51(A)に示す。1回のリセット動作の期間自体は図49(B)と同じである(4μsec)。図51(A)において横軸は、放射線撮像装置の撮像動作におけるH(水平走査)期間を単位として、2回の間欠的なリセット動作を行う間隔を示す。ここでは1H(水平走査)期間=6μsecである。また、図51(A)では、図27に示したアクティブ型の画素回路の第2の構成例と、図26に示したアクティブ型の画素回路の第1の構成例(蓄積ノードNが光電変換素子PD11のアノード電極(p型半導体領域)側の構成例)との測定結果を同時に示す。図51(A)の結果から分かるように、間欠的に2回、リセット動作を行うことで、残電圧を減少させることができる。残電圧を減少させる効果は、1H期間を超える期間に亘って間欠的にリセット動作を行うことで得られている。特に、10H期間(60μsec)程度の間隔で間欠的に2回、リセット動作を行うことで、残電圧がほぼ半減している。   In addition, as shown in FIG. 49D, the residual voltage was measured when the reset operation was performed twice intermittently within one frame period. The result is shown in FIG. The period of one reset operation itself is the same as that in FIG. 49B (4 μsec). In FIG. 51A, the horizontal axis indicates an interval at which two intermittent reset operations are performed in units of H (horizontal scanning) periods in the imaging operation of the radiation imaging apparatus. Here, 1H (horizontal scanning) period = 6 μsec. In FIG. 51A, the second configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. 27 and the first configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. The measurement results with the configuration example on the anode electrode (p-type semiconductor region) side of the element PD11 are shown simultaneously. As can be seen from the result of FIG. 51A, the residual voltage can be reduced by performing the reset operation twice intermittently. The effect of reducing the residual voltage is obtained by performing the reset operation intermittently over a period exceeding 1H period. In particular, the residual voltage is almost halved by performing the reset operation twice intermittently at intervals of about 10H period (60 μsec).

また、図49(E)に示したように、1フレーム期間内で連続的なリセット動作を行った場合(連続的にリセット電圧を印加した場合)の残電圧を測定した。その結果を図51(B)に示す。図51(B)において横軸は、放射線撮像装置の撮像動作におけるH(水平走査)期間を単位として、1回の連続的なリセット動作を行う時間を示す。ここでは1H(水平走査)期間=6μsecである。また、図51(B)では、図27に示したアクティブ型の画素回路の第2の構成例と図26に示したアクティブ型の画素回路の第1の構成例との測定結果を同時に示す。図51(B)の結果から分かるように、連続的にリセット電圧を印加することで、残電圧を減少させることができる。残電圧を減少させる効果は、1H期間を超える期間に亘って連続的にリセット電圧を与えることで得られている。特に、10H期間(60μsec)程度の期間、連続的にリセット動作を行うことで、残電圧がほぼ半減している。   In addition, as shown in FIG. 49E, the residual voltage was measured when the continuous reset operation was performed within one frame period (when the reset voltage was applied continuously). The result is shown in FIG. In FIG. 51B, the horizontal axis indicates the time for one continuous reset operation in units of H (horizontal scanning) periods in the imaging operation of the radiation imaging apparatus. Here, 1H (horizontal scanning) period = 6 μsec. FIG. 51B shows measurement results of the second configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. 27 and the first configuration example of the active pixel circuit shown in FIG. As can be seen from the result of FIG. 51B, the residual voltage can be reduced by applying the reset voltage continuously. The effect of reducing the residual voltage is obtained by applying the reset voltage continuously over a period exceeding 1H period. In particular, the residual voltage is almost halved by performing the reset operation continuously for a period of about 10H (60 μsec).

以上説明したように、本実施の形態に係る放射線撮像装置によれば、所定のリセット電圧が1H期間を超える期間に亘って連続または間欠的に蓄積ノードNに与えられるようにしたので、蓄積ノードNに蓄積された蓄積電荷を確実にリセットして、残像の少ない良好な検出動作(撮像動作)を行うことができる。   As described above, according to the radiation imaging apparatus according to the present embodiment, the predetermined reset voltage is continuously or intermittently applied to the storage node N over a period exceeding 1H period. Accumulated charges accumulated in N can be reliably reset, and a good detection operation (imaging operation) with little afterimage can be performed.

<第2の実施の形態の変形例>
上記第2の実施の形態では、放射線を波長変換体140(図25)によって波長変換した後の光を画素部112で光電変換するような間接変換型の放射線撮像装置を例に挙げたが、放射線を画素部112で直接的に電荷に変換するような直接変換型の放射線撮像装置であっても良い。
<Modification of Second Embodiment>
In the second embodiment, an indirect conversion type radiation imaging apparatus in which light after wavelength conversion of radiation by the wavelength converter 140 (FIG. 25) is photoelectrically converted by the pixel unit 112 is given as an example. It may be a direct conversion type radiation imaging apparatus in which radiation is directly converted into electric charges by the pixel unit 112.

11…アプリケーションプログラム実行部、12…表示ドライブ回路、13…受光ドライブ回路、13A…フレームメモリ、14…画像処理部、15…バックライト、20…I/Oディスプレイパネル、21…表示エリア(センサエリア)、22…表示用Hドライバ、23…表示用Vドライバ、24…センサ用Vドライバ、25…センサ読み出し用Hドライバ、31…画素、31R,31G,31B,31RGB…表示画素、32…配線部、33…センサ素子(撮像画素)、41…読み出し線、51…基板、52…ゲート電極、53…ゲート絶縁膜、54…PIN型半導体層、54A…p型半導体領域、54B…n型半導体領域、54C…真性半導体領域(i領域)、55…アノード電極、56…カソード電極、57…絶縁膜(平坦化膜)、58…層間絶縁膜、59…ゲート電極、55D…ドレイン電極、56S…ソース電極、60…半導体層、60A…ドレイン領域、60B…ソース領域、60C…チャンネル領域、101…放射線撮像装置、102…光電変換装置,111…基板,112…画素部、113…行走査部、114…水平選択部、115…列走査部、116…システム制御部、118…垂直信号線(読み出し線)、119…信号線、120…単位画素、131…定電流源、133…アンプ、140…波長変換体、161…基板、162…ゲート電極、163…ゲート絶縁膜、164…p型半導体層、165…半導体層、165a,165b…LDD、166…第1層間絶縁膜、167…配線層、168…第2層間絶縁膜、169…コンタクトホール、170…i型半導体層、171…n型半導体層、172…上部電極、173…電源配線、191…キャパシタ、192…チャージアンプ、193…スイッチ、510…映像表示画面部、511…フロントパネル、512…フィルターガラス、521…発光部、522…表示部、523…メニュースイッチ、524…シャッターボタン、531…本体、532…キーボード、533…表示部、541…本体部、542…レンズ、543…スタート/ストップスイッチ、544…表示部、710…上部筐体、720…下部筐体、730…連結部、740…ディスプレイ、750…サブディスプレイ、760…ピクチャーライト、770…カメラ、61…指先、611…描画ライン、62…手、621…オブジェクトの移動(手のひらツール)、63A,63B,64,65…手、641…軌跡、642…手形、66…筆、661…画像、Reset…リセット制御信号線、Read…リード制御信号線、PD1,PD11…光電変換素子、Tr1,Tr11…リセット用トランジスタ、Tr2,Tr12…増幅用トランジスタ、Tr3,Tr13…選択・読み出し用トランジスタ、C0…蓄積容量、P1,N…蓄積ノード、VDD…電源電圧、Vrst…リセット電圧、V(Reset)…リセット制御信号、V(Read)…リード制御信号、L0…外光(環境光)、Lon…バックライトによる照明光、f…物体(指)、ob1…物体(ペン)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Application program execution part, 12 ... Display drive circuit, 13 ... Light reception drive circuit, 13A ... Frame memory, 14 ... Image processing part, 15 ... Backlight, 20 ... I / O display panel, 21 ... Display area (sensor area) , 22 ... Display H driver, 23 ... Display V driver, 24 ... Sensor V driver, 25 ... Sensor readout H driver, 31 ... Pixel, 31R, 31G, 31B, 31RGB ... Display pixel, 32 ... Wiring section , 33 ... sensor element (imaging pixel), 41 ... readout line, 51 ... substrate, 52 ... gate electrode, 53 ... gate insulating film, 54 ... PIN type semiconductor layer, 54A ... p type semiconductor region, 54B ... n type semiconductor region 54C ... Intrinsic semiconductor region (i region), 55 ... Anode electrode, 56 ... Cathode electrode, 57 ... Insulating film (flattening film), 8 ... interlayer insulating film, 59 ... gate electrode, 55D ... drain electrode, 56S ... source electrode, 60 ... semiconductor layer, 60A ... drain region, 60B ... source region, 60C ... channel region, 101 ... radiation imaging device, 102 ... photoelectric Conversion device, 111 ... substrate, 112 ... pixel unit, 113 ... row scanning unit, 114 ... horizontal selection unit, 115 ... column scanning unit, 116 ... system control unit, 118 ... vertical signal line (readout line), 119 ... signal line , 120 ... unit pixel, 131 ... constant current source, 133 ... amplifier, 140 ... wavelength converter, 161 ... substrate, 162 ... gate electrode, 163 ... gate insulating film, 164 ... p-type semiconductor layer, 165 ... semiconductor layer, 165a 165b ... LDD, 166 ... first interlayer insulating film, 167 ... wiring layer, 168 ... second interlayer insulating film, 169 ... contact hole, 170 ... i-type half Body layer, 171 ... n-type semiconductor layer, 172 ... upper electrode, 173 ... power supply wiring, 191 ... capacitor, 192 ... charge amplifier, 193 ... switch, 510 ... video display screen section, 511 ... front panel, 512 ... filter glass, 521: Light emitting unit, 522 ... Display unit, 523 ... Menu switch, 524 ... Shutter button, 531 ... Main unit, 532 ... Keyboard, 533 ... Display unit, 541 ... Main unit, 542 ... Lens, 543 ... Start / Stop switch, 544 ... display unit, 710 ... upper casing, 720 ... lower casing, 730 ... connecting section, 740 ... display, 750 ... sub-display, 760 ... picture light, 770 ... camera, 61 ... fingertip, 611 ... drawing line, 62 ... Hand, 621... Object movement (palm tool), 63A, 63B, 6 4,65 ... hand, 641 ... trajectory, 642 ... handprint, 66 ... brush, 661 ... image, Reset ... reset control signal line, Read ... read control signal line, PD1, PD11 ... photoelectric conversion element, Tr1, Tr11 ... for reset Transistor, Tr2, Tr12 ... Amplification transistor, Tr3, Tr13 ... Selection / readout transistor, C0 ... Storage capacitor, P1, N ... Storage node, VDD ... Power supply voltage, Vrst ... Reset voltage, V (Reset) ... Reset control signal , V (Read): read control signal, L0: outside light (environment light), Lon: illumination light by backlight, f: object (finger), ob1: object (pen).

Claims (15)

2次元的に配列された複数のセンサ素子と、
前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
を備え、
前記センサ素子は、
受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、
前記光電変換素子の一端に接続され、前記光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、
前記電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより前記電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段と
を有し、
前記センサ駆動手段は、
前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に前記電荷蓄積部に与えられるように前記リセット手段を制御する
センサ装置。
A plurality of sensor elements arranged two-dimensionally;
Sensor driving means for driving the sensor element,
The sensor element is
A photoelectric conversion element that generates charges according to the amount of received light;
A charge accumulating unit connected to one end of the photoelectric conversion element to accumulate charges converted by the photoelectric conversion element;
Reading means for reading a voltage value or accumulated charge corresponding to the accumulated charge of the charge accumulation unit and outputting it as a sensor detection signal;
Resetting means for resetting accumulated charges accumulated in the charge accumulation unit by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit;
The sensor driving means includes
A sensor device that controls the reset means so that the predetermined reset voltage is applied to the charge storage unit continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scanning period.
前記リセット手段は、リセット用トランジスタであり、
前記リセット用トランジスタは、前記リセット用トランジスタをオン・オフ制御するリセット制御信号が印加されるゲート端子を有し、
前記センサ駆動手段は、前記リセット用トランジスタのゲート端子に前記リセット制御信号として、1水平走査期間を超えるパルス幅を有する信号を印加することで、前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続的に前記蓄積容量に与えられるようにする
請求項1に記載のセンサ装置。
The reset means is a reset transistor;
The reset transistor has a gate terminal to which a reset control signal for controlling on / off of the reset transistor is applied,
The sensor driving means applies a signal having a pulse width exceeding one horizontal scanning period to the gate terminal of the resetting transistor as the reset control signal, so that the predetermined reset voltage exceeds one horizontal scanning period. The sensor device according to claim 1, wherein the storage device is continuously supplied to the storage capacitor.
前記リセット手段は、リセット用トランジスタであり、
前記リセット用トランジスタは、前記リセット用トランジスタをオン・オフ制御するリセット制御信号が印加されるゲート端子を有し、
前記センサ駆動手段は、前記リセット用トランジスタのゲート端子に前記リセット制御信号として、1水平走査期間を超える期間内に2以上の間欠的なパルス信号を印加することで、前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って間欠的に前記蓄積容量に与えられるようにする
請求項1に記載のセンサ装置。
The reset means is a reset transistor;
The reset transistor has a gate terminal to which a reset control signal for controlling on / off of the reset transistor is applied,
The sensor driving means applies two or more intermittent pulse signals as a reset control signal to the gate terminal of the reset transistor within a period exceeding one horizontal scanning period, whereby the predetermined reset voltage is 1 The sensor device according to claim 1, wherein the storage capacitor is intermittently provided over a period exceeding a horizontal scanning period.
前記光電変換素子は、絶縁性基板上に形成された非単結晶半導体層を有し、前記非単結晶半導体層は、p型半導体領域と、n型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とからなるPIN構造である
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のセンサ装置。
The photoelectric conversion element includes a non-single crystal semiconductor layer formed on an insulating substrate, and the non-single crystal semiconductor layer includes a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region, the p-type semiconductor region, and the The sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor device has a PIN structure including an intrinsic semiconductor region formed between the n-type semiconductor region and the n-type semiconductor region.
前記光電変換素子は、前記絶縁性基板上においてゲート絶縁膜を介して前記真性半導体領域に対して対向配置されたゲート電極をさらに有し、
前記ゲート電極に印加する電圧が、前記p型半導体領域に印加する電圧、前記n型半導体領域に印加する電圧、もしくは前記p型半導体領域と前記n型半導体領域とに与える電圧の間にある
請求項4に記載のセンサ装置。
The photoelectric conversion element further includes a gate electrode disposed opposite to the intrinsic semiconductor region via a gate insulating film on the insulating substrate,
The voltage applied to the gate electrode is between a voltage applied to the p-type semiconductor region, a voltage applied to the n-type semiconductor region, or a voltage applied to the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region. Item 5. The sensor device according to Item 4.
前記読み出し手段および前記センサ駆動手段はそれぞれ、半導体層を含むトランジスタを有し、
前記読み出し手段および前記センサ駆動手段の各トランジスタの半導体層が、前記絶縁性基板上において前記光電変換素子の前記非単結晶半導体層と同一層に形成されている
請求項4に記載のセンサ装置。
Each of the reading unit and the sensor driving unit includes a transistor including a semiconductor layer,
The sensor device according to claim 4, wherein a semiconductor layer of each transistor of the reading unit and the sensor driving unit is formed in the same layer as the non-single-crystal semiconductor layer of the photoelectric conversion element on the insulating substrate.
複数の前記センサ素子が所定のセンサエリアにマトリクス状に配置されたセンサパネルと、
前記センサパネルの背面側から前記センサパネル表面に向けて周期的に照明光を照射するバックライトと、
前記バックライトによる照明光が照射されている状態で得られた前記センサ素子からのセンサ検出信号と、前記バックライトによる照明光が照射されていない状態で得られた前記センサ素子からのセンサ検出信号との差分に基づいて前記センサパネル表面に近接する物体の検出を行う信号処理手段とをさらに備えた
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のセンサ装置。
A sensor panel in which a plurality of sensor elements are arranged in a matrix in a predetermined sensor area;
A backlight that periodically irradiates illumination light from the back side of the sensor panel toward the sensor panel surface;
A sensor detection signal from the sensor element obtained in a state where illumination light from the backlight is irradiated, and a sensor detection signal from the sensor element obtained in a state where illumination light from the backlight is not irradiated. 4. The sensor device according to claim 1, further comprising: a signal processing unit that detects an object close to the surface of the sensor panel based on a difference between the sensor device and the sensor panel.
受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、
前記光電変換素子の一端に接続され、前記光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、
前記電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより前記電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段と
を有して2次元的に配列された複数のセンサ素子を駆動する際に、
前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に前記電荷蓄積部に与えられるように前記リセット手段を制御する
センサ素子の駆動方法。
A photoelectric conversion element that generates charges according to the amount of received light;
A charge accumulating unit connected to one end of the photoelectric conversion element to accumulate charges converted by the photoelectric conversion element;
Reading means for reading a voltage value or accumulated charge corresponding to the accumulated charge of the charge accumulation unit and outputting it as a sensor detection signal;
When driving a plurality of two-dimensionally arranged sensor elements having reset means for resetting accumulated charges accumulated in the charge accumulation unit by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit,
A sensor element driving method for controlling the reset means so that the predetermined reset voltage is applied to the charge storage section continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scanning period.
複数の表示画素と複数のセンサ素子とが2次元的に配列された表示パネルと、
複数の前記表示画素を駆動する表示駆動手段と、
複数の前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
を備え、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、
受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、
前記光電変換素子の一端に接続され、前記光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、
前記電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより前記電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段と
を有し、
前記センサ駆動手段は、
前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に前記電荷蓄積部に与えられるように前記リセット手段を制御する
入力機能付き表示装置。
A display panel in which a plurality of display pixels and a plurality of sensor elements are two-dimensionally arranged;
Display driving means for driving a plurality of the display pixels;
Sensor driving means for driving the plurality of sensor elements, and
Each of the plurality of sensor elements is
A photoelectric conversion element that generates charges according to the amount of received light;
A charge accumulating unit connected to one end of the photoelectric conversion element to accumulate charges converted by the photoelectric conversion element;
Reading means for reading a voltage value or accumulated charge corresponding to the accumulated charge of the charge accumulation unit and outputting it as a sensor detection signal;
Resetting means for resetting accumulated charges accumulated in the charge accumulation unit by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit;
The sensor driving means includes
A display device with an input function for controlling the reset means so that the predetermined reset voltage is applied to the charge storage section continuously or intermittently over a period exceeding one horizontal scanning period.
前記光電変換素子は、絶縁性基板上に形成された非単結晶半導体層を有し、前記非単結晶半導体層は、p型半導体領域と、n型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とからなるPIN構造であり、
前記読み出し手段および前記センサ駆動手段、ならびに前記表示画素および表示駆動手段はそれぞれ、半導体層を含むトランジスタを有し、
前記読み出し手段および前記センサ駆動手段、ならびに前記表示画素および表示駆動手段の各トランジスタの半導体層が、前記絶縁性基板上において前記光電変換素子の前記非単結晶半導体層と同一層に形成されている
請求項9に記載の入力機能付き表示装置。
The photoelectric conversion element includes a non-single crystal semiconductor layer formed on an insulating substrate, and the non-single crystal semiconductor layer includes a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region, the p-type semiconductor region, and the a PIN structure comprising an intrinsic semiconductor region formed between the n-type semiconductor region and
The readout unit and the sensor driving unit, and the display pixel and the display driving unit each include a transistor including a semiconductor layer,
A semiconductor layer of each transistor of the reading unit and the sensor driving unit, and the display pixel and the display driving unit is formed on the insulating substrate in the same layer as the non-single-crystal semiconductor layer of the photoelectric conversion element. The display device with an input function according to claim 9.
前記センサ駆動手段は、
前記所定のリセット電圧が100μsec以上の期間に亘って連続または間欠的に前記電荷蓄積部に与えられるように前記リセット手段を制御する
請求項9に記載の入力機能付き表示装置。
The sensor driving means includes
The display device with an input function according to claim 9, wherein the reset unit is controlled so that the predetermined reset voltage is continuously or intermittently applied to the charge storage unit over a period of 100 μsec or more.
請求項9ないし11のいずれか1項に記載の入力機能付き表示装置を備えた電子機器。   The electronic device provided with the display apparatus with an input function of any one of Claims 9 thru | or 11. 複数のセンサ素子が2次元的に配列され、入射した放射線または放射線を波長変換した後の光に応じて電荷を発生する画素部と、
複数の前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
を備え、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、
受光量に応じた電荷を発生する光電変換素子と、
前記光電変換素子の一端に接続され、前記光電変換素子によって変換された電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた電圧値または蓄積電荷を読み出してセンサ検出信号として出力する読み出し手段と、
前記電荷蓄積部に所定のリセット電圧を与えることにより前記電荷蓄積部に蓄積された蓄積電荷をリセットするリセット手段と
を有し、
前記センサ駆動手段は、
前記所定のリセット電圧が1水平走査期間を超える期間に亘って連続または間欠的に前記電荷蓄積部に与えられるように前記リセット手段を制御する
放射線撮像装置。
A plurality of sensor elements are two-dimensionally arranged, and a pixel portion that generates charges in response to incident radiation or light after wavelength conversion of radiation, and
Sensor driving means for driving the plurality of sensor elements, and
Each of the plurality of sensor elements is
A photoelectric conversion element that generates charges according to the amount of received light;
A charge accumulating unit connected to one end of the photoelectric conversion element to accumulate charges converted by the photoelectric conversion element;
Reading means for reading a voltage value or accumulated charge corresponding to the accumulated charge of the charge accumulation unit and outputting it as a sensor detection signal;
Resetting means for resetting accumulated charges accumulated in the charge accumulation unit by applying a predetermined reset voltage to the charge accumulation unit;
The sensor driving means includes
A radiation imaging apparatus that controls the reset unit so that the predetermined reset voltage is continuously or intermittently applied to the charge storage unit over a period exceeding one horizontal scanning period.
前記光電変換素子は、p型半導体領域と、n型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とが垂直方向に積層配置されたPIN構造である
請求項13に記載の放射線撮像装置。
The photoelectric conversion element has a PIN structure in which a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region, and an intrinsic semiconductor region formed between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region are stacked in a vertical direction. The radiation imaging apparatus according to claim 13.
入射した放射線を放射線よりも波長の長い光に変換する波長変換手段をさらに備え、
前記画素部は、前記波長変換手段によって波長変換された後の光に応じて電荷を発生する
請求項13に記載の放射線撮像装置。
Wavelength conversion means for converting incident radiation into light having a longer wavelength than radiation;
The radiation imaging apparatus according to claim 13, wherein the pixel unit generates an electric charge according to light after wavelength conversion by the wavelength conversion unit.
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